«Волшебный» растворитель создает более прочные тонкие пленки

Переиздано Платоном

Читают: 0

14 февраля 2023 г. (Новости Наноуэрк) Новый полностью сухой метод полимеризации использует реактивные пары для создания тонких пленок с улучшенными свойствами, такими как механическая прочность, кинетика и морфология. Процесс синтеза более щадящий для окружающей среды, чем традиционное высокотемпературное производство или производство на основе растворов, и может привести к созданию улучшенных полимерных покрытий для микроэлектроники, передовых батарей и терапевтических средств. «Этот масштабируемый метод инициированной полимеризации методом химического осаждения из паровой фазы позволяет нам производить новые материалы без перепроектирования или модернизации всей химии. Мы просто добавляем «активный» растворитель», — сказал Ронг Янг, доцент Школы химической и биомолекулярной инженерии Смита в Корнелльском инженерном институте. «Это немного похоже на Lego. Вы объединяетесь с новым связующим звеном. Теперь вы можете построить массу вещей, которые не могли сделать раньше». покрытие методом химического осаждения из паровой фазы

покрытие методом химического осаждения из паровой фазы

На этой микрофотографии показано инициированное химическое осаждение из паровой фазы покрытие, созданное докторантом Пэнью Ченом в лаборатории Ронг Янга, доцента Школы химической и биомолекулярной инженерии Смита в Корнельском инженерном институте. (Изображение: Корнельский университет) Ян сотрудничал в проекте с Цзинджи Йео, доцентом Школы машиностроения и аэрокосмической техники Сибли, и Шеффордом Бейкером, доцентом материаловедения и инженерии. Статья группы опубликована в Синтез природы («Инженерная сольватация в инициированном химическом осаждении из паровой фазы для управления кинетикой полимеризации и свойствами материала»). Ведущий автор — докторант Пэнью Чен. Ян и Йео — соавторы. Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) — это распространенный процесс, используемый для получения бездефектных неорганических нанослоев в производстве полупроводников и компьютерных микросхем. Поскольку этот процесс требует нагревания материалов до 1,000 градусов, органические полимеры плохо себя чувствуют. Методы полимеризации CVD, такие как инициированный CVD (iCVD), являются низкотемпературными аналогами, разработанными для синтеза полимеров. Тем не менее, по словам Янга, это также ограничивает, потому что «с годами люди доросли до предела химии, которую можно получить с помощью этого метода». Лаборатория Янга изучает, как осажденные из паровой фазы полимеры взаимодействуют с бактериальными патогенами и как бактерии, в свою очередь, колонизируют полимерные покрытия, от краски, используемой для корпусов кораблей, до покрытий для биомедицинских устройств. Она и Чен стремились разработать другой подход к разнообразию CVD-полимеров, заимствуя концепцию из обычного синтеза растворов: использование «волшебного» растворителя, то есть инертной молекулы пара, которая не включается в конечный материал, а вместо этого взаимодействует с предшественником таким образом, что при комнатной температуре появляются новые свойства материала. «Это старая химия, но с новыми функциями», — сказал Ян. Растворитель в этом случае взаимодействовал с обычным CVD-мономером посредством водородных связей. «Это новый механизм, хотя концепция проста и элегантна», — сказал Чен. «Опираясь на эту интересную стратегию, мы развиваем надежную и обобщаемую науку о сольватационной инженерии». Затем Ян и Чен обратились к Йео, чья лаборатория смоделировала молекулярную динамику взаимодействия растворителя и мономера и то, как можно настроить их стехиометрию или химический баланс. «Мы различали влияние различных растворителей на молекулярном уровне и четко наблюдали, какие молекулы растворителя более склонны к связыванию с мономером», — сказал Йео. «Таким образом, мы можем в конечном итоге определить, какие детали Lego лучше всего подходят друг другу». Исследователи принесли полученную тонкую пленку в лабораторию Бейкера, которая использовала тесты наноиндентирования для ее изучения и обнаружила, что механизм сольватации укрепил материал. Растворитель также вызывал ускорение роста полимерного покрытия и изменение его морфологии. Этот метод теперь можно применять к различным метакрилатным и виниловым мономерам — практически ко всему, что имеет полимерное покрытие, например, к диэлектрическим материалам в микроэлектронике, противообрастающему покрытию в корпусах кораблей и разделительным мембранам, обеспечивающим очистку при очистке сточных вод. Этот метод также может позволить исследователям управлять проницаемостью фармацевтических продуктов для контролируемого высвобождения лекарств. «Это добавляет новое измерение в дизайн материалов. Вы можете представить всевозможные растворители, которые могут образовывать водородные связи с мономером и по-разному управлять кинетикой реакции. Или вы можете постоянно включать молекулы растворителя в свой материал, если правильно спланируете молекулярное взаимодействие», — сказал Ян.