Forskare utvecklade en ny självmonteringsmetod för att tillverka flerskiktiga 2D nanoark

(Nanowerk Nyheter) När elektroniska enheter blir mindre, blir de material som behövs för att skapa dem också mindre. Nanovetenskap är studiet av extremt små material som kan användas i energilagring, elektronik, hälso- och säkerhetsapplikationer med mera. Nu har ett team under ledning av det amerikanska energidepartementets (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory utvecklat en ny självmonteringsmetod för att tillverka flerskiktiga 2D nanoark. Ett nanoark är ett extremt litet, lasagneliknande material gjord av ultratunna lager av polymerer och nanopartiklar. Dessa nanoark har avsevärt minskat antalet defekter jämfört med tidigare metoder, vilket kommer att förlänga hållbarheten för viss hemelektronik. Eftersom nanoarken som syntetiseras med denna nya metod är återvinningsbara, kan denna metod också möjliggöra en hållbar tillverkningsmetod som minskar antalet delar på en elektronisk enhet som måste dumpas på soptippar. Teamet är det första att framgångsrikt utveckla ett mångsidigt, högpresterande barriärmaterial från självmonterande nanoark. Forskare använde Advanced Photon Source (APS), en DOE Office of Science-användaranläggning vid DOE:s Argonne National Laboratory. Genombrottet rapporterades i tidskriften Natur (“Functional composites by programming entropy-driven nanosheet growth”). Konstnärens återgivning av staplade nanoark för högpresterande barriärbeläggning, vilket kräver minimering av defekter. (Bild: Qingteng Zhang/Argonne National Laboratory) "Vårt arbete övervinner ett långvarigt hinder inom nanovetenskap - att skala upp nanomaterialsyntes till användbara material för tillverkning och kommersiella applikationer", säger seniorforskaren Ting Xu från Berkeley Lab, huvudforskaren som ledde studien. "Det är verkligen spännande eftersom det här har varit decennier på väg." En utmaning i att utnyttja nanovetenskap för att skapa funktionella material är att många små bitar måste mötas. Detta för att nanomaterialet ska kunna växa sig stort nog att vara användbart. Även om stapling av nanoark är ett av de enklaste sätten att odla nanomaterial till en produkt, är "staplingsdefekter" - luckor mellan nanoarken - oundvikliga när man arbetar med befintliga nanoark. "Om du visualiserar att bygga en 3D-struktur från tunna, platta plattor, kommer du att ha lager upp i höjd med strukturen. Men du kommer också att ha luckor i varje lager varhelst två brickor möts”, säger första författaren Emma Vargo, en tidigare doktorandforskare och nu postdoktor vid Berkeley Lab. "Det är frestande att minska antalet luckor genom att göra brickorna större, men de blir svårare att arbeta med," sa Vargo. Det nya nanoarkmaterialet övervinner problemet med staplingsdefekter genom att helt och hållet hoppa över metoden med seriestaplade ark. Istället blandade teamet blandningar av material som är kända för att själva montera ihop till små partiklar. De använde omväxlande lager av komponentmaterialen, suspenderade i ett lösningsmedel. Experiment vid Spallation Neutron Source, en DOE Office of Science-användaranläggning vid DOE:s Oak Ridge National Laboratory, hjälpte forskarna att förstå de tidiga, grova stadierna av blandningarnas självmontering. När lösningsmedlet avdunstar sammansmälter de små partiklarna och organiserar sig spontant, grovt mönsterbildande lager. De stelnar sedan till täta nanoark. På detta sätt bildas de ordnade lagren samtidigt snarare än att staplas ett efter ett i en seriell process. De små bitarna behöver bara röra sig korta avstånd för att bli organiserade och täta luckor. Detta undviker problemen med att flytta större "plattor" och de oundvikliga luckorna mellan dem. Forskarna förutspådde att den komplexa blandningen som används för den aktuella studien skulle ha två idealiska egenskaper. De förväntade sig också att det nya nanosheetsystemet skulle påverkas minimalt av olika ytkemi. Detta, resonerade de, skulle tillåta samma blandning att bilda en skyddande barriär på en mängd olika ytor, såsom glasskärmen på en elektronisk enhet eller en polyestermask. För att testa materialets prestanda som barriärbeläggning i flera olika applikationer tog forskarna hjälp av några av landets bästa forskningsanläggningar. Under experiment vid APS studerade forskarna hur en blandning av polymerer, organiska små molekyler och nanopartiklar bildar en film på innerväggen av ett kvarts kapillärrör, när lösningsmedlet långsamt avdunstar i torr luft. "Tack vare de briljanta röntgenstrålar som produceras av APS och den sofistikerade röntgendetektorn som är stationerad vid Beamline 8-ID-I, kunde vi kartlägga hur varje komponent kommer samman över ett brett spektrum av längdskalor," sa Argonne vetenskapsmannen Qingteng Zhang, en medförfattare på tidningen. Nu när de framgångsrikt har visat hur man enkelt syntetiserar ett mångsidigt funktionellt material för olika industriella tillämpningar från ett enda nanomaterial, planerar forskarna att finjustera materialets återvinningsbarhet. De kommer också att lägga till färgavstämning (den finns för närvarande i blått) till repertoaren. APS genomgår en omfattande uppgradering.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64533.php