"Maagiline" lahusti loob tugevamaid õhukesi kilesid

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

14. veebruar 2023 (Nanowerki uudised) Uus täiskuiv polümerisatsioonitehnika kasutab reaktiivseid aure, et luua õhukesi kilesid, millel on täiustatud omadused, nagu mehaaniline tugevus, kineetika ja morfoloogia. Sünteesiprotsess on keskkonnale õrnem kui traditsiooniline kõrgel temperatuuril või lahusel põhinev tootmine ning see võib kaasa tuua mikroelektroonika, täiustatud akude ja ravimite täiustatud polümeerkatted. "See algatatud keemilise aurustamise-sadestamise polümerisatsiooni skaleeritav tehnika võimaldab meil luua uusi materjale ilma kogu keemiat ümber kujundamata või ümber kujundamata. Lisame lihtsalt "aktiivse" lahusti," ütles Rong Yang, Cornell Engineeringi Smithi keemia- ja biomolekulaartehnoloogia kooli dotsent. "See on natuke nagu Lego. Ühinete uue ühendusdetailiga. Praegu saate ehitada palju, mida te varem teha ei saanud." keemiline aur-sadestuskate

See mikrograafiline pilt näitab initsieeritud keemilise aur-sadestamise katet, mille valmistas doktorant Pengyu Chen Cornell Engineeringi Smithi keemia- ja biomolekulaartehnoloogia kooli dotsent Rong Yangi laboris. (Pilt: Cornelli ülikool) Yang tegi projekti kallal koostööd Sibley mehaanika- ja kosmosetehnika kooli dotsendi Jingjie Yeo ning materjaliteaduse ja inseneriteaduse dotsendi Shefford Bakeriga. aastal avaldatud rühma artikkel Looduse süntees (“Engineering Solvation in Initiated Chemical Vapour Deposition for Control over Polymerization Kinetics and Material Properties”). Juhtautor on doktorant Pengyu Chen. Yang ja Yeo on kaasautorid. Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) on levinud protsess, mida kasutatakse defektideta anorgaaniliste nanokihtide materjalide valmistamiseks pooljuhtide tootmisel ja arvuti mikrokiipide tootmisel. Kuna protsess nõuab materjalide kuumutamist 1,000 kraadini, ei lähe orgaanilised polümeerid hästi. CVD polümerisatsioonitehnikad, nagu initsieeritud CVD (iCVD) on polümeeri sünteesiks välja töötatud madalatemperatuurilised vasted. Kuid see on ka piirav, ütles Yang, sest "aastate jooksul on inimesed kasvanud selle meetodiga tehtava keemia piirini." Yangi labor uurib, kuidas aurustatud polümeerid interakteeruvad bakteriaalsete patogeenidega ja kuidas bakterid omakorda koloniseerivad polümeerseid katteid, alates laevakeredes kasutatavast värvist kuni biomeditsiiniseadmete kattekihini. Tema ja Chen püüdsid välja töötada teistsuguse lähenemisviisi CVD polümeeride mitmekesistamiseks, laenates tavapäraste lahuste sünteesi kontseptsiooni: "maagilise" lahusti, st inertse aurumolekuli kasutamine, mida ei lisata lõppmaterjali, vaid selle asemel. interakteerub eelkäijaga viisil, mis tekitab toatemperatuuril uusi materjali omadusi. "See on vana keemia, kuid uute funktsioonidega," ütles Yang. Sel juhul suhtles lahusti ühise CVD monomeeriga vesiniksideme kaudu. "See on uudne mehhanism, kuigi kontseptsioon on lihtne ja elegantne, " ütles Chen. "Sellele huvitavale strateegiale tuginedes töötame välja tugeva ja üldistatava lahendustehnoloogia teaduse." Yang ja Chen pöördusid seejärel Yeo poole, kelle labor simuleeris lahusti ja monomeeri interaktsiooni taga olevat molekulaarset dünaamikat ning kuidas nende stöhhiomeetriat või keemilist tasakaalu saaks häälestada. "Me eristasime erinevate lahustite mõju molekulaarsel skaalal ja nägime selgelt, millised lahustimolekulid kaldusid rohkem monomeeriga seonduma, " ütles Yeo. "Seega saame lõpuks sõeluda, millised Lego tükid sobivad üksteisega kõige paremini." Teadlased tõid saadud õhukese kile Bakeri laborisse, mis kasutas selle uurimiseks nanoindentatsioonitesti ja leidis, et solvatatsioonimehhanism oli materjali tugevdanud. Lahusti põhjustas ka polümeerkatte kiirema kasvu ja muutis selle morfoloogiat. Seda meetodit saab nüüd rakendada erinevate metakrülaat- ja vinüülmonomeeride puhul – põhimõtteliselt kõigele, mis on polümeerkattega, näiteks dielektriliste materjalide puhul mikroelektroonikas, laevakerede saastumisvastase katte ja reovee puhastamist võimaldavate eraldusmembraanide puhul. See meetod võib samuti võimaldada teadlastel manipuleerida farmaatsiatoodete läbilaskvusega ravimite kontrollitud vabanemiseks. „See lisab materjalide disainile uue mõõtme. Võite ette kujutada igasuguseid lahusteid, mis võivad moodustada monomeeriga vesiniksidemeid ja mõjutada reaktsiooni kineetikat erinevalt. Või võite oma materjalisse püsivalt lisada lahusti molekulid, kui kujundate molekulaarse interaktsiooni õigesti, "ütles Yang.