«Чарівний» розчинник створює більш міцні тонкі плівки

14 лютого 2023 (Новини Nanowerk) Нова техніка повністю сухої полімеризації використовує реактивні пари для створення тонких плівок із покращеними властивостями, такими як механічна міцність, кінетика та морфологія. Процес синтезу є більш щадним для навколишнього середовища, ніж традиційне високотемпературне виробництво або виробництво на основі розчину, і може призвести до покращених полімерних покриттів для мікроелектроніки, передових батарей і терапевтичних засобів. «Ця масштабована техніка ініційованої полімеризації хімічним осадженням з парової фази дозволяє нам створювати нові матеріали без перепроектування чи реконструкції всієї хімії. Ми просто додаємо «активний» розчинник», — сказав Ронг Янг, доцент Школи хімічної та біомолекулярної інженерії Сміта в Cornell Engineering. «Це трохи схоже на Lego. Ви об’єднуєтеся з новою сполучною частиною. Тепер ви можете створити багато чого, чого раніше не могли». На цьому мікрофотографії показано ініційоване покриття хімічним осадженням з парової фази, зроблене докторантом Пенгю Ченом у лабораторії Ронг Яна, доцента Школи хімічної та біомолекулярної інженерії Сміта в Cornell Engineering. (Зображення: Корнельський університет) Ян співпрацював над проектом з Цзінджі Єо, доцентом Школи механічної та аерокосмічної інженерії Сіблі, та Шеффордом Бейкером, доцентом матеріалознавства та інженерії. Стаття групи, опублікована в Синтез природи («Інженерна сольватація в ініційованому хімічному осадженні з парової фази для контролю над кінетикою полімеризації та властивостями матеріалу»). Провідний автор — докторант Pengyu Chen. Ян і Єо є співавторами. Хімічне осадження з парової фази (CVD) — це поширений процес, який використовується для виготовлення бездефектних неорганічних наношарових матеріалів у виробництві напівпровідників і комп’ютерних мікросхем. Оскільки процес вимагає нагрівання матеріалів до 1,000 градусів, органічні полімери погано працюють. Методи CVD-полімеризації, такі як ініційована CVD (iCVD), є низькотемпературними аналогами, розробленими для синтезу полімерів. Однак це також обмежує, сказав Янг, тому що «з роками люди виросли до межі хімії, яку можна зробити за допомогою цього методу». Лабораторія Янга вивчає, як осаджені полімери взаємодіють з бактеріальними патогенами і як бактерії, у свою чергу, колонізують полімерні покриття, від фарби, яка використовується в корпусах суден, до покриття для біомедичних пристроїв. Вона та Чен прагнули розробити інший підхід до диверсифікації CVD-полімерів, запозичивши концепцію з традиційного синтезу розчинів: використання «чарівного» розчинника, тобто інертної молекули пари, яка не включена в кінцевий матеріал, а замість цього взаємодіє з попередником таким чином, що створює нові властивості матеріалу при кімнатній температурі. «Це стара хімія, але з новими функціями», — сказав Ян. У цьому випадку розчинник взаємодіяв із звичайним CVD-мономером за допомогою водневих зв’язків. «Це новий механізм, хоча концепція проста й елегантна», — сказав Чень. «Грунтуючись на цій цікавій стратегії, ми розробляємо надійну та узагальнену науку сольватаційної інженерії». Потім Ян і Чен звернулися до Єо, чия лабораторія змоделювала молекулярну динаміку, що стоїть за взаємодією розчинника та мономеру, і те, як можна налаштувати їх стехіометрію, або хімічний баланс. «Ми розрізняли вплив різних розчинників у молекулярному масштабі та чітко спостерігали, які молекули розчинника були більш схильні зв’язуватися з мономером», — сказав Єо. «Таким чином ми можемо зрештою перевірити, які деталі Lego найкраще пасуватимуть одна одній». Дослідники принесли отриману тонку плівку в лабораторію Бейкера, яка використала тестування наноіндентування для її вивчення та виявила, що механізм сольватації зміцнив матеріал. Розчинник також спричинив прискорене зростання полімерного покриття та зміну його морфології. Тепер цей метод можна застосувати до різних метакрилатних і вінілових мономерів – практично до будь-чого, що має полімерне покриття, наприклад діелектричних матеріалів у мікроелектроніці, покриття проти обростання в корпусах кораблів і розділових мембран, які забезпечують очищення стічних вод. Техніка також може дозволити дослідникам маніпулювати проникністю фармацевтичних продуктів для контрольованого вивільнення ліків. «Це додає новий вимір дизайну матеріалів. Ви можете уявити всілякі розчинники, які можуть утворювати водневі зв’язки з мономером і змінювати кінетику реакції по-різному. Або ви можете мати молекули розчинника, включені у ваш матеріал назавжди, якщо ви правильно розробите молекулярну взаємодію», – сказав Ян.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php