「魔法の」溶剤がより強力な薄膜を作成

プラトン再発行

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14年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) 新しい全乾式重合技術は、反応性蒸気を使用して、機械的強度、動力学、形態などの特性が強化された薄膜を作成します。この合成プロセスは、従来の高温または溶液ベースの製造よりも環境にやさしく、マイクロエレクトロニクス、高度なバッテリー、および治療のためのポリマーコーティングの改善につながる可能性があります。「開始された化学蒸着重合のこのスケーラブルな技術により、化学全体を再設計または改造することなく、新しい材料を作成できます。「活性な」溶媒を加えるだけです」と、コーネルエンジニアリングのスミス化学生体分子工学科助教授である Rong Yang 氏は述べています。「レゴに少し似ています。あなたは新しいコネクティングピースとチームを組む。以前はできなかったものを、今はたくさん作ることができます。」

この顕微鏡写真の画像は、博士課程の学生である Pengyu Chen が、コーネルエンジニアリングのスミス化学生体分子工学科の助教授である Rong Yang の研究室で行った化学蒸着コーティングを示しています。 (画像: コーネル大学) ヤン氏は、このプロジェクトで、シブレー機械航空宇宙工学部の助教授である Jingjie Yeo 氏と、材料科学および工学部の准教授である Shefford Baker 氏と協力しました。で発表されたグループの論文 ネイチャーシンセシス (「重合速度論と材料特性を制御するための開始化学蒸着における工学的溶媒和」). 筆頭著者は博士課程の学生 Pengyu Chen です。 Yang と Yeo は共同主任著者です。化学蒸着 (CVD) は、半導体製造およびコンピューターマイクロチップの製造において、無欠陥の無機ナノレイヤー材料を製造するために使用される一般的なプロセスです。このプロセスでは材料を数千度で加熱する必要があるため、有機ポリマーはうまくいきません。開始型 CVD (iCVD) などの CVD 重合技術は、ポリマー合成用に開発された低温対応技術です。しかし、それには限界もあるとヤン氏は述べた。「長年にわたって、人々はこの方法で作ることができる化学の限界に達してきた」からです。ヤンの研究室では、蒸着されたポリマーが細菌性病原体とどのように相互作用するか、そして細菌が船体に使用される塗料から生物医学装置のコーティングに至るまで、ポリマーコーティングにどのようにコロニーを形成するかを研究しています。彼女とチェンは、従来の溶液合成から概念を借りて、CVD ポリマーを多様化するための別のアプローチを開発しようとしました。「魔法の」溶媒、つまり不活性蒸気分子を使用することです。室温で新しい材料特性を生成する方法で前駆体と相互作用します。「これは古い化学ですが、新しい特徴があります」とヤンは言いました。この場合の溶媒は、水素結合を介して一般的な CVD モノマーと相互作用しました。「コンセプトはシンプルでエレガントですが、これは斬新なメカニズムです」とチェン氏は述べています。「この興味深い戦略に基づいて、私たちは溶媒和工学の堅牢で一般化可能な科学を開発しています。」 Yang と Chen は次に Yeo に目を向け、Yeo の研究室は溶媒とモノマーの相互作用の背後にある分子動力学をシミュレートし、それらの化学量論または化学バランスをどのように調整できるかを調べました。「分子スケールでさまざまな溶媒の影響を区別し、どの溶媒分子がモノマーとより結合しやすいかを明確に観察しました」と Yeo 氏は述べています。「したがって、最終的には、どのレゴピースが互いに最もよく適合するかを選別することができます。」研究者は、得られた薄膜をベイカーの研究室に持ち込み、ナノインデンテーション試験を使用して研究し、溶媒和メカニズムが材料を強化したことを発見しました。溶媒はまた、ポリマーコーティングの成長を早め、その形態を変化させました。この方法は現在、さまざまなメタクリレートおよびビニルモノマーに適用できます。マイクロエレクトロニクスの誘電体材料、船体の防汚コーティング、廃水処理での浄化を可能にする分離膜など、本質的にポリマーコーティングを備えたあらゆるものに適用できます。この技術により、研究者は制御された薬物放出のために医薬品の透過性を操作することもできます。「これにより、材料設計に新しい次元が追加されます。モノマーと水素結合を形成し、反応速度を異なる方法で操作できるあらゆる種類の溶媒を想像できます。または、分子相互作用を正しく設計すれば、溶媒分子を材料に永久に組み込むことができます」とヤンは言いました。