Исследователи разработали новый метод самосборки для изготовления многослойных 2D-нанолистов

(Новости Наноуэрк) По мере того как электронные устройства становятся меньше, материалы, необходимые для их создания, тоже становятся меньше. Нанонаука — это исследование чрезвычайно маленьких материалов, которые находят применение в хранении энергии, электронике, здравоохранении и безопасности и многом другом. Теперь команда под руководством Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) разработала новый метод самосборки для изготовления многослойных 2D-нанолистов. Нанолист — это чрезвычайно маленький материал, похожий на лазанью, состоящий из ультратонких слоев полимеров и наночастиц. Эти нанолисты значительно сократили количество дефектов по сравнению с предыдущими методами, что продлит срок хранения некоторой бытовой электроники. Поскольку нанолисты, синтезированные этим новым методом, подлежат вторичной переработке, этот метод также может обеспечить устойчивый производственный подход, который уменьшает количество деталей электронного устройства, которые необходимо выбрасывать на свалку. Команда стала первой, кто успешно разработал многоцелевой высокоэффективный барьерный материал из самоорганизующихся нанолистов. Исследователи воспользовались усовершенствованным источником фотонов (APS), пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории. О прорыве сообщалось в журнале природа (“Functional composites by programming entropy-driven nanosheet growth”). Художественное исполнение сложенных друг на друга нанолистов для высокоэффективного барьерного покрытия, требующего минимизации дефектов. (Изображение: Цинтэн Чжан/Аргоннская национальная лаборатория) «Наша работа преодолевает давнее препятствие в нанонауке — масштабирование синтеза наноматериалов в полезные материалы для производства и коммерческого применения», — сказал старший научный сотрудник лаборатории Беркли Тин Сюй, главный исследователь, возглавлявший исследование. «Это действительно интересно, потому что на создание этого проекта ушли десятилетия». Одна из проблем в использовании нанонауки для создания функциональных материалов заключается в том, что множество маленьких частей должны собраться воедино. Это делается для того, чтобы наноматериал мог вырасти достаточно большим, чтобы стать полезным. Хотя укладка нанолистов является одним из самых простых способов выращивания наноматериалов в продукт, «дефекты укладки» — зазоры между нанолистами — неизбежны при работе с существующими нанолистами. «Если вы визуализируете построение трехмерной конструкции из тонких плоских плиток, у вас появятся слои по высоте конструкции. Но у вас также будут пробелы в каждом слое там, где встречаются две плитки», — сказала первый автор Эмма Варго, бывшая аспирантка-исследователь, а теперь научный сотрудник лаборатории Беркли. «Заманчиво уменьшить количество промежутков, увеличив плитки, но с ними становится сложнее работать», — сказал Варго. Новый нанолистовой материал решает проблему дефектов стопки, полностью отказываясь от подхода, основанного на последовательной укладке листов. Вместо этого команда смешала смеси материалов, которые, как известно, самособираются в мелкие частицы. Они использовали чередующиеся слои составляющих материалов, суспендированные в растворителе. Эксперименты в источнике расщепляющих нейтронов, пользовательском центре Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Ок-Ридж, помогли исследователям понять ранние, грубые стадии самосборки смесей. По мере испарения растворителя мелкие частицы сливаются и самопроизвольно организуются, образуя грубые слои. Затем они затвердевают в плотные нанолисты. Таким образом, упорядоченные слои формируются одновременно, а не укладываются один за другим в последовательном процессе. Небольшим кусочкам нужно перемещаться только на короткие расстояния, чтобы организоваться и закрыть пробелы. Это позволяет избежать проблем с перемещением более крупных «плиток» и неизбежных промежутков между ними. Исследователи предсказали, что сложная смесь, используемая в текущем исследовании, будет обладать двумя идеальными свойствами. Они также ожидали, что на новую систему нанолистов будут минимально влиять различные химические свойства поверхности. Это, по их мнению, позволит одной и той же смеси образовывать защитный барьер на различных поверхностях, таких как стеклянный экран электронного устройства или полиэфирная маска. Чтобы проверить эффективность материала в качестве барьерного покрытия в нескольких различных приложениях, исследователи заручились помощью лучших исследовательских центров страны. В ходе экспериментов в APS исследователи изучали, как смесь полимеров, органических малых молекул и наночастиц образует пленку на внутренней стенке кварцевого капилляра, когда растворитель медленно испаряется в сухом воздухе. «Благодаря великолепным рентгеновским лучам, производимым APS, и сложному рентгеновскому детектору, расположенному на Beamline 8-ID-I, мы смогли наметить, как каждый компонент объединяется в широком диапазоне масштабов длины», — сказал Аргонн. ученый Цинтэн Чжан, соавтор статьи. Теперь, когда они успешно продемонстрировали, как легко синтезировать универсальный функциональный материал для различных промышленных применений из одного наноматериала, исследователи планируют точно настроить возможность повторного использования материала. Они также добавят в свой репертуар возможность настройки цвета (в настоящее время он доступен в синем цвете). АПС проходит комплексную модернизацию.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64533.php