'Magic' Solvent Creates Stronger Thin Films

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

14 februarie 2023 (Știri Nanowerk) O nouă tehnică de polimerizare complet uscată folosește vapori reactivi pentru a crea pelicule subțiri cu proprietăți îmbunătățite, cum ar fi rezistența mecanică, cinetica și morfologia. Procesul de sinteză este mai blând cu mediul înconjurător decât fabricarea tradițională la temperatură ridicată sau pe bază de soluție și ar putea duce la acoperiri polimerice îmbunătățite pentru microelectronice, baterii avansate și terapii. „Această tehnică scalabilă de polimerizare inițiată prin depunere chimică de vapori ne permite să facem noi materiale, fără a reproiecta sau a reînnoi întreaga chimie. Pur și simplu adăugăm un solvent „activ”, a spus Rong Yang, profesor asistent la Școala Smith de Inginerie Chimică și Biomoleculară din Cornell Engineering. „Este un pic ca un Lego. Faceți echipă cu o nouă piesă de legătură. Există o tonă pe care le poți construi acum pe care nu le puteai face înainte.” acoperire cu depuneri chimice de vapori

Această imagine micrografică arată o acoperire inițiată de depunere chimică de vapori realizată de studentul doctorat Pengyu Chen în laboratorul lui Rong Yang, profesor asistent la Școala Smith de Inginerie Chimică și Biomoleculară din Cornell Engineering. (Imagine: Universitatea Cornell) Yang a colaborat la proiect cu Jingjie Yeo, profesor asistent la Școala de Inginerie Mecanică și Aerospațială Sibley, și Shefford Baker, profesor asociat de știința materialelor și inginerie. Lucrarea grupului publicată în Sinteza naturii („Solvație de inginerie în depunerea de vapori chimici inițiate pentru controlul cineticii polimerizării și proprietăților materialelor”). Autorul principal este doctorand Pengyu Chen. Yang și Yeo sunt co-autori seniori. Depunerea chimică în vapori (CVD) este un proces obișnuit utilizat pentru a face materiale nanstraturilor anorganice fără defecte în fabricarea semiconductoarelor și în producția de microcipuri de calculator. Deoarece procesul necesită ca materialele să fie încălzite la 1,000 de grade, polimerii organici nu se descurcă bine. Tehnicile de polimerizare CVD, cum ar fi CVD inițiat (iCVD) sunt omologii la temperatură joasă dezvoltate pentru sinteza polimerilor. Cu toate acestea, este, de asemenea, limitativ, a spus Yang, pentru că „de-a lungul anilor, oamenii au ajuns la limita chimiei pe care o poți realiza cu această metodă”. Laboratorul lui Yang studiază modul în care polimerii depuși în vapori interacționează cu agenții patogeni bacterieni și cum bacteriile, la rândul lor, colonizează acoperirile polimerice, de la vopseaua folosită în corpurile navelor până la acoperirea dispozitivelor biomedicale. Ea și Chen au căutat să dezvolte o abordare diferită pentru a diversifica polimerii CVD împrumutând un concept din sinteza soluțiilor convenționale: utilizarea unui solvent „magic”, adică o moleculă de vapori inerți, care nu este încorporată în materialul final, ci în schimb. interacționează cu un precursor într-un mod care produce noi proprietăți ale materialului la temperatura camerei. „Este o chimie veche, dar cu caracteristici noi”, a spus Yang. Solventul în acest caz a interacționat cu un monomer CVD comun prin legături de hidrogen. „Este un mecanism nou, deși conceptul este simplu și elegant”, a spus Chen. „Pe această strategie interesantă, dezvoltăm o știință robustă și generalizabilă a ingineriei solvației.” Yang și Chen s-au îndreptat apoi către Yeo, al cărui laborator a simulat dinamica moleculară din spatele interacțiunii solvenți și monomeri și cum ar putea fi reglată stoichiometria lor sau echilibrul chimic. „Am distins efectele diferiților solvenți la scară moleculară și am observat în mod clar care molecule de solvent erau mai înclinate să se lege de monomer”, a spus Yeo. „Astfel, putem în cele din urmă să analizăm care piese Lego se vor putea potrivi cel mai bine între ele.” Cercetătorii au adus pelicula subțire rezultată în laboratorul lui Baker, care a folosit teste de nanodentație pentru a o studia și au descoperit că mecanismul de solvație a întărit materialul. Solventul a făcut, de asemenea, ca stratul de polimer să crească mai rapid și să-și schimbe morfologia. Această metodă poate fi aplicată acum la diferiți monomeri de metacrilat și vinil - în esență pentru orice cu o acoperire polimerică, cum ar fi materialele dielectrice din microelectronică, stratul anti-fouling din corpurile navelor și membranele de separare care permit purificarea în tratarea apelor uzate. Tehnica ar putea permite, de asemenea, cercetătorilor să manipuleze permeabilitatea produselor farmaceutice pentru eliberarea controlată a medicamentelor. „Acest lucru adaugă o nouă dimensiune designului materialelor. Vă puteți imagina tot felul de solvenți care ar putea forma legături de hidrogen cu monomerul și ar putea manipula cinetica reacției în mod diferit. Sau puteți avea molecule de solvent încorporate în materialul dvs. în mod permanent, dacă proiectați corect interacțiunea moleculară”, a spus Yang.