El solvente 'mágico' crea películas delgadas más fuertes

14 de febrero de 2023 (Noticias de Nanowerk) Una nueva técnica de polimerización totalmente seca utiliza vapores reactivos para crear películas delgadas con propiedades mejoradas, como resistencia mecánica, cinética y morfología. El proceso de síntesis es más respetuoso con el medio ambiente que la fabricación tradicional a alta temperatura o basada en soluciones y podría conducir a mejores recubrimientos poliméricos para microelectrónica, baterías avanzadas y terapias. “Esta técnica escalable de polimerización por deposición química de vapor iniciada nos permite fabricar nuevos materiales, sin rediseñar ni renovar toda la química. Simplemente agregamos un solvente 'activo'”, dijo Rong Yang, profesor asistente en la Escuela Smith de Ingeniería Química y Biomolecular en Cornell Engineering. “Es un poco como un Lego. Te unes a una nueva pieza de conexión. Hay muchas cosas que puedes construir ahora que no podías hacer antes”. Esta imagen micrográfica muestra un recubrimiento iniciado por deposición química de vapor realizado por el estudiante de doctorado Pengyu Chen en el laboratorio de Rong Yang, profesor asistente en la Escuela Smith de Ingeniería Química y Biomolecular en Cornell Engineering. (Imagen: Universidad de Cornell) Yang colaboró ​​en el proyecto con Jingjie Yeo, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Sibley, y Shefford Baker, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. El artículo del grupo publicado en Síntesis de la naturaleza (“Ingeniería de solvatación en deposición química de vapor iniciada para el control de la cinética de polimerización y las propiedades de los materiales”). El autor principal es el estudiante de doctorado Pengyu Chen. Yang y Yeo son coautores principales. La deposición química de vapor (CVD) es un proceso común utilizado para fabricar materiales de nanocapas inorgánicas libres de defectos en la fabricación de semiconductores y en la producción de microchips de computadora. Debido a que el proceso requiere que los materiales se calienten a miles de grados, a los polímeros orgánicos no les va bien. Las técnicas de polimerización CVD, como la CVD iniciada (iCVD), son contrapartes de baja temperatura desarrolladas para la síntesis de polímeros. Sin embargo, también es limitante, dijo Yang, porque "a lo largo de los años, la gente ha llegado al límite de la química que se puede crear con este método". El laboratorio de Yang estudia cómo los polímeros depositados en vapor interactúan con los patógenos bacterianos y cómo las bacterias, a su vez, colonizan los recubrimientos poliméricos, desde la pintura utilizada en los cascos de los barcos hasta el recubrimiento de los dispositivos biomédicos. Ella y Chen buscaron desarrollar un enfoque diferente para diversificar los polímeros CVD tomando prestado un concepto de la síntesis de soluciones convencionales: el uso de un solvente "mágico", es decir, una molécula de vapor inerte, que no se incorpora al material final, sino que interactúa con un precursor de una manera que produce nuevas propiedades materiales a temperatura ambiente. "Es una química antigua pero con características nuevas", dijo Yang. En este caso, el disolvente interactuó con un monómero CVD común mediante enlaces de hidrógeno. "Es un mecanismo novedoso, aunque el concepto es simple y elegante", dijo Chen. "A partir de esta interesante estrategia, estamos desarrollando una ciencia sólida y generalizable de la ingeniería de solvatación". Luego, Yang y Chen recurrieron a Yeo, cuyo laboratorio simuló la dinámica molecular detrás de la interacción del solvente y el monómero, y cómo se podría ajustar su estequiometría, o equilibrio químico. "Distinguimos los efectos de diferentes disolventes a escala molecular y observamos claramente qué moléculas de disolvente eran más propensas a unirse con el monómero", dijo Yeo. "De este modo, eventualmente podremos evaluar qué piezas de Lego encajarán mejor entre sí". Los investigadores llevaron la delgada película resultante al laboratorio de Baker, que utilizó pruebas de nanoindentación para estudiarla y descubrió que el mecanismo de solvatación había fortalecido el material. El disolvente también hizo que el recubrimiento de polímero creciera más rápido y cambiara su morfología. Este método ahora se puede aplicar a varios monómeros de metacrilato y vinilo, esencialmente para cualquier cosa con un recubrimiento de polímero, como los materiales dieléctricos en microelectrónica, el recubrimiento antiincrustante en los cascos de los barcos y las membranas de separación que permiten la purificación en el tratamiento de aguas residuales. La técnica también podría permitir a los investigadores manipular la permeabilidad de los productos farmacéuticos para la liberación controlada de fármacos. “Esto añade una nueva dimensión al diseño de materiales. Se pueden imaginar todo tipo de disolventes que podrían formar enlaces de hidrógeno con el monómero y manipular la cinética de la reacción de forma diferente. O puede incorporar moléculas de solvente a su material de forma permanente, si diseña la interacción molecular correctamente”, dijo Yang.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php