'Magisk' opløsningsmiddel skaber stærkere tynde film

14. februar 2023 (Nanowerk nyheder) En ny helt tør polymerisationsteknik bruger reaktive dampe til at skabe tynde film med forbedrede egenskaber, såsom mekanisk styrke, kinetik og morfologi. Synteseprocessen er skånsommere for miljøet end traditionel højtemperatur- eller opløsningsbaseret fremstilling og kan føre til forbedrede polymerbelægninger til mikroelektronik, avancerede batterier og terapi. "Denne skalerbare teknik med påbegyndt kemisk dampaflejringspolymerisation giver os mulighed for at lave nye materialer uden at redesigne eller forny hele kemien. Vi tilføjer simpelthen et 'aktivt' opløsningsmiddel,” sagde Rong Yang, assisterende professor ved Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. ”Det er lidt ligesom et Lego. Du slår dig sammen med en ny forbindelsesdel. Der er et væld, du kan bygge nu, som du ikke kunne gøre før." Dette mikrofotografibillede viser en påbegyndt kemisk dampaflejringsbelægning lavet af ph.d.-studerende Pengyu Chen i laboratoriet hos Rong Yang, assisterende professor ved Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. (Billede: Cornell University) Yang samarbejdede om projektet med Jingjie Yeo, assisterende professor ved Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, og Shefford Baker, lektor i materialevidenskab og teknik. Gruppens papir udgivet i Natursyntese ("Engineering løsning i initieret kemisk dampaflejring til kontrol over polymerisationskinetik og materialeegenskaber"). Hovedforfatteren er ph.d.-studerende Pengyu Chen. Yang og Yeo er co-senior forfattere. Kemisk dampaflejring (CVD) er en almindelig proces, der bruges til at fremstille fejlfri uorganiske nanolagmaterialer i halvlederfremstilling og ved produktion af computermikrochips. Fordi processen kræver, at materialer opvarmes til 1,000 grader af grader, klarer organiske polymerer sig ikke godt. CVD-polymerisationsteknikker såsom initieret CVD (iCVD) er lavtemperatur-modstykker udviklet til polymersyntese. Det er dog også begrænsende, sagde Yang, fordi "i årenes løb er folk vokset til grænsen for den kemi, du kan lave med denne metode." Yangs laboratorium studerer, hvordan dampaflejrede polymerer interagerer med bakterielle patogener, og hvordan bakterier igen koloniserer polymerbelægninger, fra malingen brugt i skibsskrog til belægningen til biomedicinske anordninger. Hun og Chen søgte at udvikle en anderledes tilgang til at diversificere CVD-polymerer ved at låne et koncept fra konventionelle opløsningssyntese: brugen af ​​et "magisk" opløsningsmiddel, dvs. et inert dampmolekyle, der ikke er inkorporeret i det endelige materiale, men i stedet interagerer med en precursor på en måde, der producerer nye materialeegenskaber ved stuetemperatur. "Det er en gammel kemi, men med nye funktioner," sagde Yang. Opløsningsmidlet i dette tilfælde vekselvirkede med en almindelig CVD-monomer via hydrogenbinding. "Det er en ny mekanisme, selvom konceptet er enkelt og elegant," sagde Chen. "Med udgangspunkt i denne interessante strategi udvikler vi en robust og generaliserbar videnskab om solvationsteknik." Yang og Chen henvendte sig derefter til Yeo, hvis laboratorium simulerede den molekylære dynamik bag opløsningsmiddel- og monomer-interaktionen, og hvordan deres støkiometri eller kemiske balance kunne indstilles. "Vi skelnede virkningerne af forskellige opløsningsmidler på molekylær skala, og vi observerede tydeligt, hvilke opløsningsmiddelmolekyler der var mere tilbøjelige til at binde med monomeren," sagde Yeo. "Således kan vi i sidste ende screene, hvilke legobrikker der vil kunne passe bedst sammen." Forskerne bragte den resulterende tynde film til Bakers laboratorium, som brugte nanoindentationstest til at studere den og fandt ud af, at solvatiseringsmekanismen havde styrket materialet. Opløsningsmidlet fik også polymerbelægningen til at vokse hurtigere og ændre dens morfologi. Denne metode kan nu anvendes på forskellige methacrylat- og vinylmonomerer - til stort set alt med en polymerbelægning, såsom de dielektriske materialer i mikroelektronik, antifouling-belægningen i skibsskrog og separationsmembranerne, der muliggør rensning i spildevandsrensning. Teknikken kunne også give forskere mulighed for at manipulere permeabiliteten af ​​farmaceutiske produkter til kontrolleret frigivelse af lægemidler. "Dette tilføjer en ny dimension til materialedesign. Du kan forestille dig alle slags opløsningsmidler, der kunne danne hydrogenbinding med monomeren og manipulere reaktionskinetikken anderledes. Eller du kan have opløsningsmiddelmolekyler inkorporeret i dit materiale permanent, hvis du designer den molekylære interaktion korrekt," sagde Yang.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php