Le solvant « magique » crée des films minces plus résistants

14 févr.2023 (Actualités Nanowerk) Une nouvelle technique de polymérisation entièrement sèche utilise des vapeurs réactives pour créer des films minces aux propriétés améliorées, telles que la résistance mécanique, la cinétique et la morphologie. Le processus de synthèse est plus doux pour l'environnement que la fabrication traditionnelle à haute température ou à base de solutions et pourrait conduire à des revêtements polymères améliorés pour la microélectronique, les batteries avancées et les produits thérapeutiques. «Cette technique évolutive de polymérisation par dépôt chimique en phase vapeur initiée nous permet de fabriquer de nouveaux matériaux, sans reconcevoir ni réorganiser l'ensemble de la chimie. Nous ajoutons simplement un solvant « actif » », a déclaré Rong Yang, professeur adjoint à la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering de Cornell Engineering. « C’est un peu comme un Lego. Vous faites équipe avec une nouvelle pièce de connexion. Il y a beaucoup de choses que vous pouvez construire maintenant que vous ne pouviez pas faire auparavant. Cette image micrographique montre un revêtement initié par dépôt chimique en phase vapeur réalisé par le doctorant Pengyu Chen dans le laboratoire de Rong Yang, professeur adjoint à la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering de Cornell Engineering. (Image : Université Cornell) Yang a collaboré au projet avec Jingjie Yeo, professeur adjoint à la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, et Shefford Baker, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux. L’article du groupe publié dans Synthèse naturelle (« Ingénierie de la solvatation dans le dépôt chimique en phase vapeur initié pour le contrôle de la cinétique de polymérisation et des propriétés des matériaux »). L’auteur principal est Pengyu Chen, doctorant. Yang et Yeo sont co-auteurs principaux. Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est un processus couramment utilisé pour fabriquer des nanocouches inorganiques sans défauts dans la fabrication de semi-conducteurs et dans la production de micropuces informatiques. Étant donné que le processus nécessite que les matériaux soient chauffés à des milliers de degrés, les polymères organiques ne s’en sortent pas bien. Les techniques de polymérisation CVD telles que le CVD initié (iCVD) sont leurs homologues à basse température développées pour la synthèse des polymères. Cependant, cela est également limitant, a déclaré Yang, car « au fil des années, les gens ont atteint les limites de la chimie que l’on peut réaliser avec cette méthode ». Le laboratoire de Yang étudie comment les polymères déposés en phase vapeur interagissent avec les bactéries pathogènes et comment les bactéries, à leur tour, colonisent les revêtements polymères, de la peinture utilisée dans les coques des navires au revêtement des dispositifs biomédicaux. Elle et Chen ont cherché à développer une approche différente pour diversifier les polymères CVD en empruntant un concept à la synthèse de solutions conventionnelles : l'utilisation d'un solvant « magique », c'est-à-dire une molécule de vapeur inerte, qui n'est pas incorporée dans le matériau final, mais plutôt interagit avec un précurseur de manière à produire de nouvelles propriétés matérielles à température ambiante. "C'est une vieille chimie mais avec de nouvelles fonctionnalités", a déclaré Yang. Dans ce cas, le solvant a interagi avec un monomère CVD commun via une liaison hydrogène. "Il s'agit d'un mécanisme nouveau, même si le concept est simple et élégant", a déclaré Chen. « En nous appuyant sur cette stratégie intéressante, nous développons une science robuste et généralisable de l’ingénierie de la solvatation. » Yang et Chen se sont ensuite tournés vers Yeo, dont le laboratoire a simulé la dynamique moléculaire derrière l'interaction solvant-monomère, et comment leur stœchiométrie, ou équilibre chimique, pouvait être ajustée. "Nous avons distingué les effets de différents solvants à l'échelle moléculaire et nous avons clairement observé quelles molécules de solvant étaient les plus enclines à se lier au monomère", a déclaré Yeo. "Ainsi, nous pourrons éventuellement déterminer quelles pièces Lego pourront s'adapter le mieux les unes aux autres." Les chercheurs ont apporté le film mince obtenu au laboratoire de Baker, qui a utilisé des tests de nanoindentation pour l’étudier et a découvert que le mécanisme de solvatation avait renforcé le matériau. Le solvant a également provoqué une croissance plus rapide du revêtement polymère et une modification de sa morphologie. Cette méthode peut désormais être appliquée à divers monomères de méthacrylate et de vinyle – pour pratiquement tout ce qui comporte un revêtement polymère, comme les matériaux diélectriques en microélectronique, le revêtement antisalissure des coques de navires et les membranes de séparation qui permettent la purification dans le traitement des eaux usées. La technique pourrait également permettre aux chercheurs de manipuler la perméabilité des produits pharmaceutiques pour une libération contrôlée des médicaments. « Cela ajoute une nouvelle dimension à la conception des matériaux. Vous pouvez imaginer toutes sortes de solvants susceptibles de former une liaison hydrogène avec le monomère et de manipuler différemment la cinétique de la réaction. Ou vous pouvez incorporer des molécules de solvant dans votre matériau de manière permanente, si vous concevez correctement l'interaction moléculaire », a déclaré Yang.

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• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php