ממס 'קסם' יוצר סרטים דקים חזקים יותר

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

14 בפברואר 2023 (חדשות Nanowerk) טכניקת פילמור יבשה חדשה משתמשת באדים תגובתיים ליצירת סרטים דקים עם תכונות משופרות, כגון חוזק מכני, קינטיקה ומורפולוגיה. תהליך הסינתזה עדין יותר לסביבה מייצור מסורתי בטמפרטורה גבוהה או מבוסס תמיסות ועשוי להוביל לציפויים פולימריים משופרים עבור מיקרו-אלקטרוניקה, סוללות מתקדמות וטיפולים. "הטכניקה הניתנת להרחבה זו של פילמור יזום של שקיעת אדים כימית מאפשרת לנו לייצר חומרים חדשים, מבלי לעצב מחדש או לחדש את כל הכימיה. אנחנו פשוט מוסיפים ממס 'פעיל'", אמר רונג יאנג, עוזר פרופסור בבית הספר סמית להנדסה כימית וביו-מולקולרית בהנדסת קורנל. "זה קצת כמו לגו. אתה חובר עם חלק חדש מקשר. יש המון שאתה יכול לבנות עכשיו שלא היית יכול לעשות קודם". ציפוי אדים כימיים

תמונת מיקרוגרפיה זו מציגה ציפוי יזום של שקיעת אדים כימית שנעשתה על ידי הדוקטורנט Pengyu Chen במעבדתו של Rong Yang, עוזר פרופסור בבית הספר סמית להנדסה כימית וביו-מולקולרית בהנדסת קורנל. (תמונה: אוניברסיטת קורנל) יאנג שיתף פעולה בפרויקט עם Jingjie Yeo, עוזר פרופסור בבית הספר להנדסת מכונות וחלל סיבלי, ושפורד בייקר, פרופסור חבר למדע והנדסת חומרים. מאמר הקבוצה פורסם ב סינתזה של הטבע (“Engineering Solvation in Initiated Chemical Vapour Deposition for Control over Polymerization Kinetics and Material Properties”). המחבר הראשי הוא הדוקטורנט Pengyu Chen. יאנג ויאו הם סופרים בכירים. שקיעת אדים כימית (CVD) היא תהליך נפוץ המשמש לייצור חומרים נאנו-שכבתיים אורגניים ללא פגמים בייצור מוליכים למחצה ובייצור שבבי מחשב. מכיוון שהתהליך דורש חימום של חומרים ב-1,000 אלפי מעלות, פולימרים אורגניים לא מצליחים. טכניקות פילמור CVD כגון CVD יזום (iCVD) הן מקבילות בטמפרטורה נמוכה שפותחו עבור סינתזת פולימרים. עם זאת, זה גם מגביל, אמר יאנג, כי "במהלך השנים, אנשים גדלו אל גבול הכימיה שאתה יכול ליצור בשיטה זו." המעבדה של יאנג חוקרת כיצד פולימרים מושקעים באדים מקיימים אינטראקציה עם פתוגנים חיידקיים וכיצד חיידקים, בתורם, מתיישבים ציפויים פולימריים, מהצבע המשמש בגוף הספינה ועד לציפוי למכשירים ביו-רפואיים. היא וחן ביקשו לפתח גישה שונה לגיוון פולימרי CVD על ידי שאילת מושג מסינתזה של פתרונות קונבנציונליים: שימוש בממס "קסם", כלומר מולקולת אדים אינרטית, שאינה משולבת בחומר הסופי, אלא במקום זאת. מקיים אינטראקציה עם מבשר באופן שמייצר תכונות חומר חדשות בטמפרטורת החדר. "זו כימיה ישנה אבל עם תכונות חדשות", אמר יאנג. הממס במקרה זה קיים אינטראקציה עם מונומר CVD נפוץ באמצעות קשרי מימן. "זהו מנגנון חדשני, למרות שהקונספט פשוט ואלגנטי", אמר צ'ן. "בהתבסס על האסטרטגיה המעניינת הזו, אנו מפתחים מדע חזק וניתן להכללה של הנדסת פתרון." לאחר מכן פנו יאנג וצ'ן ל-Yeo, שהמעבדה שלו הדמה את הדינמיקה המולקולרית מאחורי האינטראקציה הממס והמונומר, וכיצד ניתן לכוון את הסטוכיומטריה, או האיזון הכימי שלהם. "הבחנו את ההשפעות של ממיסים שונים בקנה מידה מולקולרי וראינו בבירור אילו מולקולות ממס נוטות יותר להיקשר עם המונומר", אמר יאו. "לפיכך, נוכל בסופו של דבר לסנן אילו חלקי לגו יוכלו להתאים הכי טוב אחד לשני." החוקרים הביאו את הסרט הדק שנוצר למעבדה של בייקר, שהשתמשה בבדיקות ננו-אינדנטציה כדי לחקור אותו וגילתה שמנגנון הפתרון חיזק את החומר. הממס גם גרם לציפוי הפולימר לצמוח מהר יותר ולשנות את המורפולוגיה שלו. כעת ניתן ליישם שיטה זו על מונומרים שונים של מתאקרילט וויניל - למעשה לכל דבר עם ציפוי פולימרי, כגון החומרים הדיאלקטריים במיקרו-אלקטרוניקה, הציפוי נגד התכלות בגוף הספינה, וממברנות ההפרדה המאפשרות טיהור בטיפול בשפכים. הטכניקה יכולה גם לאפשר לחוקרים לתמרן את החדירות של מוצרים פרמצבטיים לשחרור מבוקר של תרופות. "זה מוסיף מימד חדש לעיצוב חומרים. אתה יכול לדמיין כל מיני ממיסים שיכולים ליצור קשרי מימן עם המונומר ולתפעל אחרת את קינטיקה של התגובה. או שאתה יכול לשלב מולקולות ממס בחומר שלך לצמיתות, אם אתה מעצב את האינטראקציה המולקולרית בצורה נכונה", אמר יאנג.