"Magiskt" lösningsmedel skapar starkare tunna filmer

14 feb 2023 (Nanowerk Nyheter) En ny helt torr polymerisationsteknik använder reaktiva ångor för att skapa tunna filmer med förbättrade egenskaper, såsom mekanisk styrka, kinetik och morfologi. Syntesprocessen är skonsammare mot miljön än traditionell högtemperatur- eller lösningsbaserad tillverkning och kan leda till förbättrade polymerbeläggningar för mikroelektronik, avancerade batterier och terapeutiska produkter. "Denna skalbara tekniken för initierad kemisk ångavsättningspolymerisation gör att vi kan tillverka nya material utan att göra om eller förnya hela kemin. Vi lägger helt enkelt till ett "aktivt" lösningsmedel, säger Rong Yang, biträdande professor vid Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. "Det är lite som ett Lego. Du slår dig ihop med en ny kopplingsdel. Det finns massor du kan bygga nu som du inte kunde göra tidigare." Denna mikrofotografibild visar en påbörjad kemisk ångavsättningsbeläggning gjord av doktoranden Pengyu Chen i labbet av Rong Yang, biträdande professor vid Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering i Cornell Engineering. (Bild: Cornell University) Yang samarbetade i projektet med Jingjie Yeo, biträdande professor vid Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, och Shefford Baker, docent i materialvetenskap och teknik. Gruppens tidning publicerad i Natursyntes ("Teknisk lösning i initierad kemisk ångavsättning för kontroll över polymerisationskinetik och materialegenskaper"). Huvudförfattare är doktoranden Pengyu Chen. Yang och Yeo är co-senior författare. Kemisk ångavsättning (CVD) är en vanlig process som används för att göra defektfria oorganiska nanolagermaterial vid halvledartillverkning och vid tillverkning av datormikrochips. Eftersom processen kräver att material värms upp till 1,000 XNUMX-tals grader, klarar sig inte organiska polymerer bra. CVD-polymerisationstekniker såsom initierad CVD (iCVD) är lågtemperaturmotsvarigheter utvecklade för polymersyntes. Men det är också begränsande, sade Yang, eftersom "med åren har människor vuxit till gränsen för den kemi du kan göra med den här metoden." Yangs labb studerar hur ångavsatta polymerer interagerar med bakteriella patogener och hur bakterier i sin tur koloniserar polymerbeläggningar, från färgen som används i fartygsskrov till beläggningen för biomedicinska apparater. Hon och Chen försökte utveckla ett annat tillvägagångssätt för att diversifiera CVD-polymerer genom att låna ett koncept från syntesen av konventionella lösningar: användningen av ett "magiskt" lösningsmedel, det vill säga en inert ångmolekyl, som inte är inkorporerad i det slutliga materialet, utan istället interagerar med en prekursor på ett sätt som ger nya materialegenskaper vid rumstemperatur. "Det är en gammal kemi men med nya funktioner," sa Yang. Lösningsmedlet i detta fall interagerade med en vanlig CVD-monomer via vätebindning. "Det är en ny mekanism, även om konceptet är enkelt och elegant," sa Chen. "Med utgångspunkt från denna intressanta strategi utvecklar vi en robust och generaliserbar vetenskap om lösningsteknik." Yang och Chen vände sig sedan till Yeo, vars labb simulerade den molekylära dynamiken bakom interaktionen mellan lösningsmedel och monomer, och hur deras stökiometri, eller kemisk balans, kunde ställas in. "Vi särskiljde effekterna av olika lösningsmedel i molekylär skala och vi observerade tydligt vilka lösningsmedelsmolekyler som var mer benägna att binda till monomeren," sa Yeo. "Därför kan vi så småningom screena vilka legobitar som kommer att kunna passa bäst med varandra." Forskarna tog med den resulterande tunna filmen till Bakers labb, som använde nanoindentationstestning för att studera den och fann att lösningsmekanismen hade stärkt materialet. Lösningsmedlet fick också polymerbeläggningen att växa snabbare och ändra sin morfologi. Denna metod kan nu tillämpas på olika metakrylat- och vinylmonomerer – för i princip vad som helst med en polymerbeläggning, såsom de dielektriska materialen i mikroelektronik, antifouling-beläggningen i fartygsskrov och separationsmembranen som möjliggör rening i avloppsvattenrening. Tekniken skulle också kunna tillåta forskare att manipulera permeabiliteten hos farmaceutiska produkter för kontrollerad läkemedelsfrisättning. "Detta tillför en ny dimension till materialdesign. Du kan föreställa dig alla typer av lösningsmedel som kan bilda vätebindning med monomeren och manipulera reaktionskinetiken annorlunda. Eller så kan du ha lösningsmedelsmolekyler inkorporerade i ditt material permanent, om du designar den molekylära interaktionen korrekt, säger Yang.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php