'Magic' Solvent Creates Stronger Thin Films

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

14. helmikuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Uusi täysin kuivapolymerointitekniikka käyttää reaktiivisia höyryjä ohuiden kalvojen luomiseen, joilla on parannetut ominaisuudet, kuten mekaaninen lujuus, kinetiikka ja morfologia. Synteesiprosessi on ympäristölle hellävaraisempi kuin perinteinen korkean lämpötilan tai liuospohjainen valmistus, ja se voi johtaa parempiin polymeeripinnoitteisiin mikroelektroniikassa, kehittyneissä akuissa ja terapiassa. "Tämä skaalautuva kemiallisen höyrypinnoituspolymeroinnin tekniikka mahdollistaa uusien materiaalien valmistamisen ilman koko kemian suunnittelua tai uudistamista. Lisäämme vain "aktiivista" liuotinta", sanoi Rong Yang, apulaisprofessori Smith School of Chemical and Biomolecular Engineeringistä Cornell Engineeringissä. ”Se on vähän kuin lego. Yhdistät uuden liitoskappaleen. Nyt voit rakentaa paljon sellaista, mitä et voinut tehdä ennen.”

Tässä mikrokuvassa näkyy aloitettu kemiallinen höyrypinnoituspinnoite, jonka on valmistanut jatko-opiskelija Pengyu Chen Cornell Engineeringin Smith School of Chemical and Biomolecular Engineeringin apulaisprofessori Rong Yangin laboratoriossa. (Kuva: Cornellin yliopisto) Yang työskenteli projektissa Jingjie Yeon, apulaisprofessorin Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineeringissä, ja Shefford Bakerin, materiaalitieteen ja -tekniikan apulaisprofessorin kanssa. Ryhmän lehti julkaistiin v Luonnon synteesi ("Insinööriratkaisu aloitetussa kemiallisessa höyrypinnoituksessa polymerointikinetiikan ja materiaalien ominaisuuksien hallitsemiseksi"). Pääkirjoittaja on tohtoriopiskelija Pengyu Chen. Yang ja Yeo ovat vanhempia kirjoittajia. Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) on yleinen prosessi, jota käytetään virheettömien epäorgaanisten nanokerrosmateriaalien valmistukseen puolijohteiden valmistuksessa ja tietokoneiden mikrosirujen valmistuksessa. Koska prosessi vaatii materiaalien kuumentamisen 1,000 asteeseen, orgaaniset polymeerit eivät menesty hyvin. CVD-polymerointitekniikat, kuten aloitettu CVD (iCVD), ovat polymeerisynteesiin kehitettyjä matalan lämpötilan vastineita. Se on kuitenkin myös rajoittavaa, Yang sanoi, koska "ihmiset ovat vuosien mittaan kasvaneet tällä menetelmällä valmistaman kemian rajalle." Yangin laboratorio tutkii, kuinka höyrysaostetut polymeerit ovat vuorovaikutuksessa bakteeripatogeenien kanssa ja kuinka bakteerit puolestaan kolonisoivat polymeeripinnoitteita laivojen rungoissa käytetystä maalista biolääketieteellisten laitteiden pinnoitteisiin. Hän ja Chen pyrkivät kehittämään erilaisen lähestymistavan CVD-polymeerien monipuolistamiseksi lainaamalla konseptia tavanomaisista liuossynteesistä: "maagisen" liuottimen eli inertin höyrymolekyylin käyttö, jota ei sisällytetä lopulliseen materiaaliin, vaan sen sijaan. vuorovaikutuksessa esiasteen kanssa tavalla, joka tuottaa uusia materiaaliominaisuuksia huoneenlämpötilassa. "Se on vanha kemia, mutta siinä on uusia ominaisuuksia", Yang sanoi. Liuotin oli tässä tapauksessa vuorovaikutuksessa tavallisen CVD-monomeerin kanssa vetysidoksen kautta. "Se on uusi mekanismi, vaikka konsepti on yksinkertainen ja tyylikäs", Chen sanoi. "Tämän mielenkiintoisen strategian pohjalta kehitämme vankkaa ja yleistettävissä olevaa solvaatiotekniikan tiedettä." Yang ja Chen kääntyivät sitten Yeon puoleen, jonka laboratorio simuloi liuottimen ja monomeerin vuorovaikutuksen takana olevaa molekyylidynamiikkaa ja kuinka niiden stoikiometriaa tai kemiallista tasapainoa voitaisiin säätää. "Erotimme eri liuottimien vaikutukset molekyylimittakaavassa ja havaitsimme selvästi, mitkä liuotinmolekyylit olivat taipuvaisempia sitoutumaan monomeeriin", Yeo sanoi. "Näin voimme lopulta seuloa, mitkä Lego-osat sopivat parhaiten toisiinsa." Tutkijat toivat syntyneen ohuen kalvon Bakerin laboratorioon, joka tutki sitä nanoindentaatiotestillä ja havaitsi, että solvaatiomekanismi oli vahvistanut materiaalia. Liuotin sai myös polymeeripinnoitteen kasvamaan nopeammin ja muutti sen morfologiaa. Tätä menetelmää voidaan nyt soveltaa erilaisiin metakrylaatti- ja vinyylimonomeereihin – käytännössä kaikkeen, jossa on polymeeripinnoite, kuten mikroelektroniikan dielektrisissä materiaaleissa, laivojen runkojen kiinnittymisenestopinnoitteissa ja jäteveden puhdistamisen mahdollistavissa erotuskalvoissa. Tekniikka voisi myös antaa tutkijoille mahdollisuuden manipuloida farmaseuttisten tuotteiden läpäisevyyttä kontrolloidun lääkkeen vapautumisen varmistamiseksi. ”Tämä tuo materiaalisuunnitteluun uuden ulottuvuuden. Voit kuvitella kaikenlaisia liuottimia, jotka voisivat muodostaa vetysidoksen monomeerin kanssa ja manipuloida reaktiokinetiikkaa eri tavalla. Tai voit sisällyttää liuotinmolekyylejä materiaaliisi pysyvästi, jos suunnittelet molekyylien vuorovaikutuksen oikein", Yang sanoi.