ตัวทำละลาย 'เมจิก' สร้างฟิล์มบางที่แข็งแรงขึ้น

14 ก.พ. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) เทคนิคโพลิเมอไรเซชันแบบแห้งทั้งหมดแบบใหม่ใช้ไอระเหยที่เกิดปฏิกิริยาเพื่อสร้างฟิล์มบางที่มีคุณสมบัติเพิ่มขึ้น เช่น ความแข็งแรงเชิงกล จลนพลศาสตร์ และสัณฐานวิทยา กระบวนการสังเคราะห์มีความอ่อนโยนต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการผลิตที่อุณหภูมิสูงหรือใช้สารละลายแบบดั้งเดิม และอาจนำไปสู่การปรับปรุงการเคลือบโพลิเมอร์สำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์ แบตเตอรี่ขั้นสูง และการบำบัด “เทคนิคที่ปรับขนาดได้ของการเกิดพอลิเมอร์พอลิเมอร์พอลิเมอร์สะสมไอระเหยของสารเคมีช่วยให้เราสามารถสร้างวัสดุใหม่ โดยไม่ต้องออกแบบใหม่หรือปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีทั้งหมด เราเพียงแค่เติมตัวทำละลายที่ 'ออกฤทธิ์'” Rong Yang ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่ง Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering in Cornell Engineering กล่าว “มันเหมือนเลโก้นิดหน่อย คุณร่วมมือกับชิ้นส่วนเชื่อมต่อใหม่ มีจำนวนมากที่คุณสามารถสร้างได้ในขณะนี้ซึ่งคุณไม่สามารถทำได้มาก่อน” ภาพไมโครกราฟนี้แสดงการเคลือบสะสมไอระเหยของสารเคมีที่ริเริ่มขึ้นโดยนักศึกษาปริญญาเอก Pengyu Chen ในห้องทดลองของ Rong Yang ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่ง Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering in Cornell Engineering Yang ร่วมมือกับ Jingjie Yeo ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่ง Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering และ Shefford Baker รองศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม กระดาษของกลุ่มเผยแพร่ใน การสังเคราะห์ธรรมชาติ (“การแก้ปัญหาทางวิศวกรรมในการริเริ่มการสะสมไอของสารเคมีเพื่อควบคุมจลนพลศาสตร์พอลิเมอไรเซชันและคุณสมบัติของวัสดุ”). ผู้เขียนหลักคือนักศึกษาปริญญาเอก Pengyu Chen Yang และ Yeo เป็นผู้เขียนร่วมอาวุโส การสะสมไอของสารเคมี (CVD) เป็นกระบวนการทั่วไปที่ใช้ในการสร้างวัสดุชั้นนาโนอนินทรีย์ที่ปราศจากข้อบกพร่องในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และในการผลิตไมโครชิปคอมพิวเตอร์ เนื่องจากกระบวนการนี้ต้องการให้วัสดุได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 1,000 องศา โพลิเมอร์อินทรีย์จึงทำงานได้ไม่ดีนัก เทคนิคพอลิเมอไรเซชัน CVD เช่น เริ่มต้น CVD (iCVD) เป็นคู่อุณหภูมิต่ำที่พัฒนาขึ้นสำหรับการสังเคราะห์พอลิเมอร์ อย่างไรก็ตาม หยางกล่าวว่า มันก็มีข้อจำกัดเช่นกัน เพราะ “ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้คนได้เติบโตขึ้นจนถึงขอบเขตของเคมีที่คุณสามารถทำได้ด้วยวิธีนี้” ห้องทดลองของ Yang ศึกษาว่าโพลิเมอร์ที่สะสมตัวด้วยไอระเหยมีปฏิกิริยาอย่างไรกับแบคทีเรียก่อโรค และแบคทีเรียจะเข้าไปตั้งรกรากบนสารเคลือบโพลิเมอร์ได้อย่างไร ตั้งแต่สีที่ใช้ในตัวเรือไปจนถึงสารเคลือบสำหรับอุปกรณ์ชีวการแพทย์ เธอและ Chen พยายามที่จะพัฒนาแนวทางที่แตกต่างเพื่อกระจายโพลิเมอร์ CVD โดยยืมแนวคิดจากการสังเคราะห์สารละลายแบบเดิม: การใช้ตัวทำละลาย "วิเศษ" เช่น โมเลกุลไอเฉื่อย ซึ่งไม่ได้รวมอยู่ในวัสดุขั้นสุดท้าย แต่แทนที่ ทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นในลักษณะที่สร้างคุณสมบัติของวัสดุใหม่ที่อุณหภูมิห้อง “มันเป็นเคมีแบบเก่าแต่มีคุณสมบัติใหม่” Yang กล่าว ตัวทำละลายในกรณีนี้ทำปฏิกิริยากับมอนอเมอร์ CVD ทั่วไปผ่านพันธะไฮโดรเจน “มันเป็นกลไกที่แปลกใหม่ แม้ว่าแนวคิดจะเรียบง่ายและสง่างาม” เฉินกล่าว “จากกลยุทธ์ที่น่าสนใจนี้ เรากำลังพัฒนาศาสตร์แห่งวิศวกรรมการแก้ปัญหาที่แข็งแกร่งและใช้งานได้ทั่วไป” จากนั้น Yang และ Chen ก็หันไปหา Yeo ซึ่งห้องทดลองของเขาได้จำลองไดนามิกของโมเลกุลที่อยู่เบื้องหลังปฏิสัมพันธ์ของตัวทำละลายและโมโนเมอร์ และวิธีปรับปริมาณสารสัมพันธ์หรือสมดุลทางเคมีของพวกมัน Yeo กล่าวว่า "เราแยกแยะผลกระทบของตัวทำละลายที่แตกต่างกันในระดับโมเลกุล และเราสังเกตได้อย่างชัดเจนว่าโมเลกุลของตัวทำละลายใดมีแนวโน้มที่จะจับกับโมโนเมอร์มากกว่ากัน" Yeo กล่าว “ในที่สุดเราก็สามารถคัดกรองว่าเลโก้ชิ้นไหนจะเข้ากันได้ดีที่สุด” นักวิจัยได้นำฟิล์มบางที่ได้ไปยังห้องปฏิบัติการของ Baker ซึ่งใช้การทดสอบการเยื้องในระดับนาโนเพื่อศึกษา และพบว่ากลไกการละลายได้ทำให้วัสดุแข็งแรงขึ้น ตัวทำละลายยังทำให้สารเคลือบโพลิเมอร์เติบโตเร็วขึ้นและเปลี่ยนสัณฐานวิทยา วิธีนี้สามารถนำไปใช้กับเมทาไครเลตและไวนิลโมโนเมอร์ต่างๆ ได้แล้ว สำหรับสิ่งใดก็ตามที่มีการเคลือบพอลิเมอร์ เช่น วัสดุไดอิเล็กทริกในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ การเคลือบป้องกันการเปรอะเปื้อนในตัวเรือ และเยื่อแยกที่ทำให้บริสุทธิ์ในการบำบัดน้ำเสีย เทคนิคนี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถควบคุมการซึมผ่านของผลิตภัณฑ์ยาเพื่อควบคุมการปลดปล่อยยาได้ “สิ่งนี้เพิ่มมิติใหม่ให้กับการออกแบบวัสดุ คุณสามารถจินตนาการถึงตัวทำละลายทุกชนิดที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับมอนอเมอร์และควบคุมจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาได้แตกต่างกัน หรือคุณสามารถรวมโมเลกุลของตัวทำละลายไว้ในวัสดุของคุณอย่างถาวร หากคุณออกแบบปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลอย่างถูกต้อง” Yang กล่าว

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php