Dung môi 'thần kỳ' tạo màng mỏng bền hơn

Ngày 14 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Một kỹ thuật trùng hợp hoàn toàn khô mới sử dụng hơi phản ứng để tạo màng mỏng với các đặc tính nâng cao, chẳng hạn như độ bền cơ học, động học và hình thái học. Quá trình tổng hợp nhẹ nhàng hơn với môi trường so với quá trình sản xuất dựa trên dung dịch hoặc nhiệt độ cao truyền thống và có thể dẫn đến các lớp phủ polyme cải tiến cho vi điện tử, pin tiên tiến và phương pháp trị liệu. “Kỹ thuật bắt đầu trùng hợp lắng đọng hơi hóa học có thể mở rộng này cho phép chúng tôi tạo ra các vật liệu mới mà không cần thiết kế lại hoặc cải tiến toàn bộ hóa học. Chúng tôi chỉ đơn giản là thêm một dung môi 'hoạt động',” Rong Yang, trợ lý giáo sư tại Trường Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học Smith thuộc Kỹ thuật Cornell cho biết. “Nó hơi giống Lego. Bạn hợp tác với một phần kết nối mới. Có rất nhiều thứ bạn có thể xây dựng bây giờ mà trước đây bạn không thể làm được.” Hình ảnh vi mô này cho thấy một lớp phủ lắng đọng hơi hóa học do nghiên cứu sinh tiến sĩ Pengyu Chen thực hiện trong phòng thí nghiệm của Rong Yang, trợ lý giáo sư tại Trường Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học Smith thuộc Kỹ thuật Cornell. (Hình ảnh: Đại học Cornell) Yang hợp tác trong dự án với Jingjie Yeo, trợ lý giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không vũ trụ Sibley, và Shefford Baker, phó giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật. Bài báo của nhóm đăng trên Tổng hợp Thiên nhiên (“Kỹ thuật hòa tan trong quá trình lắng đọng hơi hóa học ban đầu để kiểm soát động học và tính chất vật liệu polyme hóa”). Tác giả chính là nghiên cứu sinh tiến sĩ Pengyu Chen. Yang và Yeo là đồng tác giả cao cấp. Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một quy trình phổ biến được sử dụng để tạo ra các vật liệu lớp nano vô cơ không khuyết tật trong sản xuất chất bán dẫn và sản xuất vi mạch máy tính. Do quá trình này yêu cầu các vật liệu phải được nung nóng ở 1,000 độ C nên các polyme hữu cơ không hoạt động tốt. Các kỹ thuật trùng hợp CVD như CVD bắt đầu (iCVD) là các đối tác nhiệt độ thấp được phát triển để tổng hợp polyme. Tuy nhiên, nó cũng có hạn chế, Yang nói, bởi vì “trong những năm qua, con người đã phát triển đến giới hạn của chất hóa học mà bạn có thể tạo ra bằng phương pháp này.” Phòng thí nghiệm của Yang nghiên cứu cách các polyme lắng đọng trong hơi nước tương tác với mầm bệnh vi khuẩn và cách vi khuẩn xâm chiếm các lớp phủ polyme, từ sơn được sử dụng trong vỏ tàu đến lớp phủ cho các thiết bị y sinh. Cô và Chen đã tìm cách phát triển một phương pháp khác để đa dạng hóa các polyme CVD bằng cách mượn một khái niệm từ quá trình tổng hợp dung dịch thông thường: sử dụng dung môi “ma thuật”, tức là một phân tử hơi trơ, không được tích hợp vào vật liệu cuối cùng mà thay vào đó tương tác với tiền chất theo cách tạo ra các tính chất vật liệu mới ở nhiệt độ phòng. “Đó là một phản ứng hóa học cũ nhưng với những tính năng mới,” Yang nói. Dung môi trong trường hợp này tương tác với monome CVD phổ biến thông qua liên kết hydro. “Đó là một cơ chế mới, mặc dù khái niệm này rất đơn giản và tao nhã,” Chen nói. “Dựa trên chiến lược thú vị này, chúng tôi đang phát triển một khoa học mạnh mẽ và có thể khái quát hóa về kỹ thuật solvat hóa.” Sau đó, Yang và Chen quay sang Yeo, người có phòng thí nghiệm mô phỏng động lực học phân tử đằng sau sự tương tác của dung môi và monome, cũng như cách thức cân bằng hóa học hoặc cân bằng hóa học của chúng có thể được điều chỉnh. Yeo cho biết: “Chúng tôi đã phân biệt ảnh hưởng của các dung môi khác nhau ở quy mô phân tử và chúng tôi quan sát rõ ràng phân tử dung môi nào có xu hướng liên kết với monome nhiều hơn. “Vì vậy, cuối cùng chúng ta có thể sàng lọc những mảnh ghép Lego nào có thể khớp với nhau tốt nhất.” Các nhà nghiên cứu đã mang màng mỏng thu được đến phòng thí nghiệm của Baker, nơi sử dụng thử nghiệm vết lõm nano để nghiên cứu nó và phát hiện ra rằng cơ chế hòa tan đã làm bền vật liệu. Dung môi cũng khiến lớp phủ polyme phát triển nhanh hơn và thay đổi hình thái của nó. Phương pháp này hiện có thể được áp dụng cho nhiều monome metacryit và vinyl khác nhau – về cơ bản là bất kỳ thứ gì có lớp phủ polyme, chẳng hạn như vật liệu điện môi trong vi điện tử, lớp phủ chống bám bẩn trong vỏ tàu và màng ngăn cách cho phép tinh chế trong xử lý nước thải. Kỹ thuật này cũng có thể cho phép các nhà nghiên cứu điều khiển tính thấm của dược phẩm để giải phóng thuốc có kiểm soát. “Điều này bổ sung một khía cạnh mới cho thiết kế vật liệu. Bạn có thể tưởng tượng tất cả các loại dung môi có thể hình thành liên kết hydro với monome và điều khiển động học phản ứng theo cách khác. Hoặc bạn có thể tích hợp vĩnh viễn các phân tử dung môi vào vật liệu của mình, nếu bạn thiết kế tương tác phân tử một cách chính xác,” Yang nói.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62366.php