더 강한 박막을 만드는 'Magic' 용매

플라톤에 의해 재발행

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14 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 새로운 전체 건식 중합 기술은 반응성 증기를 사용하여 기계적 강도, 동역학 및 형태와 같은 향상된 특성을 가진 박막을 생성합니다. 합성 공정은 기존의 고온 또는 용액 기반 제조보다 환경에 더 온화하며 마이크로 전자 공학, 첨단 배터리 및 치료제를 위한 개선된 폴리머 코팅으로 이어질 수 있습니다. “개시 화학 기상 증착 중합의 이 확장 가능한 기술을 통해 전체 화학을 재설계하거나 개선하지 않고도 새로운 재료를 만들 수 있습니다. 우리는 단순히 '활성' 용매를 추가하기만 하면 됩니다. “조금 레고 같아요. 당신은 새로운 연결 조각과 팀을 이룹니다. 이전에는 할 수 없었던 많은 것을 지금 만들 수 있습니다.”

이 현미경 사진은 Cornell Engineering의 Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering의 Rong Yang 조교수 연구실에서 박사 과정 학생 Pengyu Chen이 만든 개시된 화학 기상 증착 코팅을 보여줍니다. (이미지: Cornell University) Yang은 Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering의 Jingjie Yeo 조교수, Shefford Baker 재료 과학 및 공학 부교수와 함께 프로젝트에 협력했습니다. 에 발표된 그룹의 논문 자연 합성 ("중합 동역학 및 재료 특성 제어를 위한 개시된 화학 기상 증착의 엔지니어링 용매화"). 주 저자는 박사 과정 학생 Penyu Chen입니다. Yang과 Yeo는 공동 선임 저자입니다. 화학 기상 증착(CVD)은 반도체 제조 및 컴퓨터 마이크로칩 생산에서 결함이 없는 무기 나노층 재료를 만드는 데 사용되는 일반적인 공정입니다. 이 공정은 재료를 1,000도에서 가열해야 하기 때문에 유기 폴리머는 잘 작동하지 않습니다. 개시된 CVD(iCVD)와 같은 CVD 중합 기술은 폴리머 합성을 위해 개발된 저온 대응 기술입니다. 그러나 그것은 또한 제한적이라고 Yang은 말했습니다. "수년 동안 사람들이 이 방법으로 만들 수 있는 화학의 경계까지 성장했기 때문입니다." Yang의 연구실은 증기 증착 폴리머가 박테리아 병원균과 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 어떻게 박테리아가 선박 선체에 사용되는 페인트에서 생의학 장치용 코팅에 이르기까지 폴리머 코팅을 식민지화하는지 연구합니다. 그녀와 Chen은 기존의 솔루션 합성에서 개념을 차용하여 CVD 폴리머를 다양화하기 위한 다른 접근 방식을 개발하려고 했습니다. 실온에서 새로운 재료 특성을 생성하는 방식으로 전구체와 상호 작용합니다. "오래된 화학이지만 새로운 기능이 있습니다."라고 Yang은 말했습니다. 이 경우 용매는 수소 결합을 통해 일반적인 CVD 모노머와 상호 작용했습니다. "개념은 단순하고 우아하지만 참신한 메커니즘입니다."라고 Chen은 말했습니다. "이 흥미로운 전략을 바탕으로 견고하고 일반화 가능한 용제 공학 과학을 개발하고 있습니다." 그런 다음 Yang과 Chen은 Yeo의 연구실에서 용매와 단량체 상호 작용 뒤에 있는 분자 역학을 시뮬레이션하고 화학량론 또는 화학적 균형을 조정할 수 있는 방법을 찾았습니다. "우리는 분자 규모에서 서로 다른 용매의 효과를 구별했으며 어떤 용매 분자가 단량체와 더 많이 결합하는 경향이 있는지 명확하게 관찰했습니다."라고 Yeo는 말했습니다. "따라서 우리는 결국 어떤 레고 조각이 서로 가장 잘 맞을 수 있는지 선별할 수 있습니다." 연구원들은 결과 박막을 Baker의 연구실로 가져왔고, 연구를 위해 나노인덴테이션 테스트를 사용했으며 용매화 메커니즘이 재료를 강화했다는 것을 발견했습니다. 용매는 또한 폴리머 코팅이 더 빨리 성장하고 형태가 변경되도록 했습니다. 이 방법은 이제 다양한 메타크릴레이트 및 비닐 모노머에 적용될 수 있습니다. 기본적으로 마이크로 전자 공학의 유전체 재료, 선박 선체의 오염 방지 코팅, 폐수 처리에서 정화를 가능하게 하는 분리막과 같이 폴리머 코팅이 있는 모든 것에 적용할 수 있습니다. 이 기술은 또한 연구자들이 제어된 약물 방출을 위해 의약품의 투과성을 조작할 수 있도록 합니다. “이는 재료 설계에 새로운 차원을 더합니다. 단량체와 수소 결합을 형성하고 반응 역학을 다르게 조작할 수 있는 모든 종류의 용매를 상상할 수 있습니다. 또는 분자 상호 작용을 올바르게 설계하면 재료에 용매 분자를 영구적으로 통합할 수 있습니다.”라고 Yang은 말했습니다.