Nanotechnologia

Zespół badawczy pod przewodnictwem profesora Minoru Osady oraz doktorantki Yue Shi z Instytutu Materiałów i Systemów Przyszłości (IMaSS) na Uniwersytecie w Nagoi, Japonia, wypracował technikę szybkiego wytwarzania nanowarstw, dwuwymiarowych materiałów o grubości kilku nanometrów. Proces ten trwa zaledwie około minuty.

Dzięki nowemu podejściu można produkować nanowarstwy o dużej powierzchni za jednym kliknięciem, nie wymagając specjalistycznych umiejętności czy technologii. Przewiduje się, że osiągnięcia tego zespołu przyspieszą produkcję różnorodnych urządzeń bazujących na nanowarstwach. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces.

Nanowarstwy, których grubość jest mierzona w skali nanometrów, są na tyle cienkie, że nie są widoczne gołym okiem. Mają szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak elektronika, kataliza, magazynowanie energii czy biomedycyna. Te zbudowane z grafenu oraz nieorganicznych związków są wykorzystywane w urządzeniach, od ogniw fotowoltaicznych po czujniki i baterie, ze względu na ich właściwości elektryczne, przejrzystość i odporność na wysokie temperatury.

Obecnie stosowane techniki wytwarzania cienkich warstw, takie jak metoda Langmuira-Blodgetta, Chemical Vapour Deposition (CVD) czy Physical Vapor Deposition (PVD), wymagają specjalistycznej wiedzy i specyficznych warunków. „Za pomocą tradycyjnych metod, produkcja jednej warstwy trwa około godziny. To duży problem w produkcji przemysłowej” – zauważył Osada.

Grupa badawcza postawiła sobie za cel opracowanie nowego procesu, który w krótkim czasie i wyprosty sposób umożliwi produkcję wysokiej jakości cienkich warstw. Naukowcy opracowali zautomatyzowany proces tworzenia filmów, który w ciągu minuty wytwarza nanowartswę przez kroplowe nanoszenie roztworu koloidalnego na podłoże podgrzewane za pomocą automatycznej pipety. Wynikiem była równomiernie ułożona warstwa monomolekularna bez przerw między cienkimi warstwami.

„Regulując napięcie powierzchniowe roztworu koloidalnego i promując konwekcję nanowarstw, zdołaliśmy kontrolować ich układanie. Możliwa była konstrukcja wielowarstwowych filmów o kontrolowanej grubości poprzez powtarzanie tego procesu. Proponowana metoda ma potencjał, by stać się kluczową technologią w przemyśle wytwarzania cienkich filmów oraz powlekania powierzchni. Jest prosta, szybka i efektywna” – podkreślił.

„Technologia bazuje na prostych operacjach kroplowego nanoszenia przy użyciu automatycznej pipety. Nie wymaga zaawansowanej wiedzy ani technologii, jest uniwersalna, zdolna do tworzenia nanowarstw z różnych materiałów, jak tlenki czy azotek boru, na różnorodnych podłożach” – dodał Osada.

Źródło: https://nano-magazine.com/news/2023/5/23/scientists-reveal-rapid-nanosheet-fabrication-method-in-under-one-minute