Solvente 'mágico' cria filmes finos mais fortes

14 de fevereiro de 2023 (Notícias do Nanowerk) Uma nova técnica de polimerização totalmente seca utiliza vapores reativos para criar filmes finos com propriedades aprimoradas, como resistência mecânica, cinética e morfologia. O processo de síntese é mais suave para o meio ambiente do que a fabricação tradicional em alta temperatura ou baseada em soluções e pode levar a revestimentos poliméricos aprimorados para microeletrônica, baterias avançadas e produtos terapêuticos. “Esta técnica escalável de polimerização por deposição química de vapor iniciada nos permite fazer novos materiais, sem redesenhar ou renovar toda a química. Simplesmente adicionamos um solvente 'ativo'”, disse Rong Yang, professor assistente da Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering em Cornell Engineering. “É um pouco como um Lego. Você se une a uma nova peça de conexão. Há muita coisa que você pode construir agora e que não poderia fazer antes.” Esta imagem micrográfica mostra um revestimento de deposição química de vapor iniciado pelo estudante de doutorado Pengyu Chen no laboratório de Rong Yang, professor assistente da Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering em Cornell Engineering. (Imagem: Universidade Cornell) Yang colaborou no projeto com Jingjie Yeo, professor assistente na Escola Sibley de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, e Shefford Baker, professor associado de ciência e engenharia de materiais. O artigo do grupo publicado em Síntese da Natureza (“Solvatação de Engenharia na Deposição Química de Vapor Iniciada para Controle da Cinética de Polimerização e Propriedades do Material”). O autor principal é o estudante de doutorado Pengyu Chen. Yang e Yeo são co-autores seniores. A deposição química de vapor (CVD) é um processo comum usado para fabricar materiais de nanocamadas inorgânicas livres de defeitos na fabricação de semicondutores e na produção de microchips de computador. Como o processo exige que os materiais sejam aquecidos a milhares de graus, os polímeros orgânicos não se saem bem. Técnicas de polimerização CVD, como CVD iniciada (iCVD), são contrapartes de baixa temperatura desenvolvidas para síntese de polímeros. No entanto, também é limitante, disse Yang, porque “ao longo dos anos, as pessoas cresceram até ao limite da química que se pode produzir com este método”. O laboratório de Yang estuda como os polímeros depositados por vapor interagem com patógenos bacterianos e como as bactérias, por sua vez, colonizam revestimentos poliméricos, desde a tinta usada em cascos de navios até o revestimento de dispositivos biomédicos. Ela e Chen procuraram desenvolver uma abordagem diferente para diversificar os polímeros CVD, tomando emprestado um conceito da síntese de soluções convencionais: o uso de um solvente “mágico”, ou seja, uma molécula de vapor inerte, que não é incorporada no material final, mas em vez disso interage com um precursor de uma forma que produz novas propriedades do material à temperatura ambiente. “É uma química antiga, mas com novos recursos”, disse Yang. O solvente, neste caso, interagiu com um monômero comum de CVD através de ligações de hidrogênio. “É um mecanismo novo, embora o conceito seja simples e elegante”, disse Chen. “Com base nesta estratégia interessante, estamos desenvolvendo uma ciência robusta e generalizável de engenharia de solvatação.” Yang e Chen recorreram então a Yeo, cujo laboratório simulou a dinâmica molecular por trás da interação solvente e monômero, e como sua estequiometria, ou equilíbrio químico, poderia ser ajustada. “Distinguimos os efeitos de diferentes solventes em escala molecular e observamos claramente quais moléculas de solvente eram mais propensas a se ligar ao monômero”, disse Yeo. “Assim, poderemos eventualmente selecionar quais peças de Lego serão capazes de se encaixar melhor umas nas outras.” Os pesquisadores trouxeram o filme fino resultante para o laboratório de Baker, que utilizou testes de nanoindentação para estudá-lo e descobriu que o mecanismo de solvatação fortaleceu o material. O solvente também fez com que o revestimento polimérico crescesse mais rapidamente e alterasse sua morfologia. Este método pode agora ser aplicado a vários monômeros de metacrilato e vinil – essencialmente para qualquer coisa com um revestimento de polímero, como os materiais dielétricos na microeletrônica, o revestimento anti-incrustante em cascos de navios e as membranas de separação que permitem a purificação no tratamento de águas residuais. A técnica também poderia permitir aos pesquisadores manipular a permeabilidade de produtos farmacêuticos para liberação controlada de medicamentos. “Isso adiciona uma nova dimensão ao design de materiais. Você pode imaginar todos os tipos de solventes que poderiam formar ligações de hidrogênio com o monômero e manipular a cinética da reação de maneira diferente. Ou você pode incorporar moléculas de solvente permanentemente em seu material, se projetar a interação molecular corretamente”, disse Yang.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• Platoblockchain. Inteligência Metaverso Web3. Conhecimento Ampliado. Acesse aqui.
• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php