"Magisk" løsemiddel skaper sterkere tynne filmer

14 feb 2023 (Nanowerk Nyheter) En ny helt tørr polymerisasjonsteknikk bruker reaktive damper for å lage tynne filmer med forbedrede egenskaper, som mekanisk styrke, kinetikk og morfologi. Synteseprosessen er skånsommere for miljøet enn tradisjonell høytemperatur- eller løsningsbasert produksjon og kan føre til forbedrede polymerbelegg for mikroelektronikk, avanserte batterier og terapi. "Denne skalerbare teknikken med påbegynt kjemisk dampavsetningspolymerisering lar oss lage nye materialer, uten å redesigne eller fornye hele kjemien. Vi tilsetter bare et "aktivt" løsemiddel," sa Rong Yang, assisterende professor ved Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. «Det er litt som en Lego. Du slår deg sammen med en ny forbindelsesdel. Det er massevis du kan bygge nå som du ikke kunne gjøre før.» Dette mikrofotografiet viser et påbegynt kjemisk dampavsetningsbelegg laget av doktorgradsstudent Pengyu Chen i laboratoriet til Rong Yang, assisterende professor ved Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. (Bilde: Cornell University) Yang samarbeidet om prosjektet med Jingjie Yeo, assisterende professor ved Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, og Shefford Baker, førsteamanuensis i materialvitenskap og ingeniørfag. Gruppens artikkel publisert i Natursyntese ("Teknisk løsning i initiert kjemisk dampavsetning for kontroll over polymerisasjonskinetikk og materialegenskaper"). Hovedforfatter er doktorgradsstudent Pengyu Chen. Yang og Yeo er co-senior forfattere. Kjemisk dampavsetning (CVD) er en vanlig prosess som brukes til å lage feilfrie uorganiske nanolagmaterialer i halvlederproduksjon og i produksjon av datamikrobrikker. Fordi prosessen krever at materialer varmes opp til tusenvis av grader, klarer organiske polymerer seg dårlig. CVD-polymerisasjonsteknikker som initiert CVD (iCVD) er lavtemperatur-motstykker utviklet for polymersyntese. Imidlertid er det også begrensende, sa Yang, fordi "i løpet av årene har folk vokst til grensen for kjemien du kan lage med denne metoden." Yangs laboratorium studerer hvordan dampavsatte polymerer interagerer med bakterielle patogener og hvordan bakterier på sin side koloniserer polymerbelegg, fra malingen som brukes i skipsskrog til belegget for biomedisinsk utstyr. Hun og Chen forsøkte å utvikle en annen tilnærming for å diversifisere CVD-polymerer ved å låne et konsept fra syntese av konvensjonelle løsninger: bruken av et "magisk" løsemiddel, dvs. et inert dampmolekyl, som ikke er inkorporert i det endelige materialet, men i stedet interagerer med en forløper på en måte som gir nye materialegenskaper ved romtemperatur. "Det er en gammel kjemi, men med nye funksjoner," sa Yang. Løsningsmidlet i dette tilfellet interagerte med en vanlig CVD-monomer via hydrogenbinding. "Det er en ny mekanisme, selv om konseptet er enkelt og elegant," sa Chen. "Med utgangspunkt i denne interessante strategien utvikler vi en robust og generaliserbar vitenskap innen løsningsteknikk." Yang og Chen henvendte seg deretter til Yeo, hvis laboratorium simulerte den molekylære dynamikken bak løsningsmiddel- og monomerinteraksjonen, og hvordan deres støkiometri, eller kjemisk balanse, kunne justeres. "Vi skilte effekten av forskjellige løsningsmidler på molekylær skala, og vi observerte tydelig hvilke løsningsmiddelmolekyler som var mer tilbøyelige til å binde seg til monomeren," sa Yeo. "Dermed kan vi etter hvert screene hvilke legobrikker som vil passe best sammen." Forskerne brakte den resulterende tynne filmen til Bakers laboratorium, som brukte nanoindentasjonstesting for å studere den og fant ut at løsningsmekanismen hadde styrket materialet. Løsemidlet fikk også polymerbelegget til å vokse raskere og endre morfologien. Denne metoden kan nå brukes på ulike metakrylat- og vinylmonomerer – for i det vesentlige alt med et polymerbelegg, slik som de dielektriske materialene i mikroelektronikk, bunnstoffbelegget i skipsskrog og separasjonsmembranene som muliggjør rensing i avløpsvannbehandling. Teknikken kan også tillate forskere å manipulere permeabiliteten til farmasøytiske produkter for kontrollert frigjøring av medikamenter. "Dette gir en ny dimensjon til materialdesign. Du kan forestille deg alle slags løsningsmidler som kan danne hydrogenbinding med monomeren og manipulere reaksjonskinetikken annerledes. Eller du kan ha løsemiddelmolekyler inkorporert i materialet ditt permanent, hvis du designer den molekylære interaksjonen riktig,» sa Yang.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php