Jedna kropla: dostęp do wysokiej jakości filmów 2D

Grupa badawcza kierowana przez profesora Minoru Osadę (Hu) i badacza ze stopniem doktora Yu Shi (He, He) w Instytucie Materiałów i Systemów Przyszłości (IMaSS) Uniwersytetu Nagoya w Japonii, opracowała nową technologię wytwarzania cienkich nanocząstek. Folie z materiałów dwuwymiarowych o grubości kilku nanometrów, w ciągu około jednej minuty. Technologia ta umożliwia formowanie wysokiej jakości, dużych nanofilmów jednym kliknięciem, bez potrzeby posiadania specjalistycznej wiedzy lub technologii. Oczekuje się, że ich odkrycia przyczynią się do rozwoju przemysłowego procesu wytwarzania różnych typów urządzeń nanopłytkowych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces.

Nanocząsteczki mają grubość mierzoną w nanometrach. Nanometrów tak cienkich, że liści nie widać gołym okiem z boku. Mają potencjalne zastosowania w kilku różnych dziedzinach, w tym w elektronice, katalizie, magazynowaniu energii i biomedycynie. Te wykonane z grafenu i nieorganicznych nanocząstek są testowane pod kątem zastosowania w szeregu urządzeń, od ogniw słonecznych po czujniki i baterie, ponieważ mają funkcjonalność elektryczną, przezroczystość i odporność na ciepło, które różnią się od tych, które mają konwencjonalne materiały masowe.

Jednak obecne techniki stosowane do wytwarzania tych cienkich warstw, takie jak metoda Langmuira-Blodgetta, wymagają umiejętnej obróbki i złożonych warunków. „Przy użyciu obecnych metod wykonanie jednej warstwy zajmuje około godziny” – powiedział Osada. „Stwarza to poważne wąskie gardło w produkcji nanocząstek”.

Celem grupy jest opracowanie nowego procesu, który umożliwi łatwe i szybkie wytwarzanie wysokiej jakości jednowarstwowych folii z nanopłatków o eleganckiej teksturze. Opracowali zautomatyzowany proces tworzenia błony, który wytwarzał nanocząstki w ciągu około minuty za pomocą prostej kropli wodnego roztworu koloidalnego na podłoże ogrzewane na płycie grzewczej za pomocą zautomatyzowanej pipety. Następnie kontynuowali to, zasysając roztwór i usuwając płyn. Rezultatem była drobno położona jednowarstwowa folia bez przerw między nanocząsteczkami.

„Zmniejszenie napięcia powierzchniowego koloidalnego roztworu wodnego i zwiększenie konwekcji nanocząstek stłumiło nakładanie się i przerwy między nanocząsteczkami i pozwoliło nam kontrolować ich wyrównanie” – powiedział Osada. „Tworzenie warstwa po warstwie folii wielowarstwowych kontrolowanych przez jednostkę grubości nanocząstek było możliwe dzięki precyzyjnemu odtworzeniu procesu produkcji jednowarstwowych folii w postaci płyt”.

„Oczekuje się, że nowo opracowana metoda stanie się ważną technologią jako przemysłowa metoda wytwarzania cienkich warstw oraz metoda nanopowlekania nanocząstek, ponieważ jest prosta, szybka i wymaga niewielkiej ilości rozwiązań do wytworzenia wysokiej jakości, dużych filmu w skali na precyzyjnie ułożonym obszarze wyrównania „- powiedział Osada. Technologia opiera się na prostych operacjach kropli i aspiracji przy użyciu zautomatyzowanej pipety i nie wymaga specjalistycznej wiedzy ani technologii. Ta technologia ma zastosowanie do nanocząstek o różnych teksturach i składach, takich jak jak tlenki, grafen, azotek boru i mogą tworzyć powłoki na podłożach o różnych kształtach, rozmiarach i materiałach, co czyni je bardzo wszechstronną technologią tworzenia powłok”.