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Méthode Neuve de Prévention de Fêlure pour des Films Minces de Nanoparticle

Published on October 12, 2012 at 8:51 AM

Effectuer les couches uniformes est un défi commun de bureau d'études, et, en fonctionnant au nanoscale, même les fissures ou les défauts les plus minuscules peuvent être un grand problème. La recherche Neuve des ingénieurs d'Université de Pennsylvanie a affiché une voie neuve d'éviter de telles fissures en déposant des films minces des nanoparticles.

Le Nanoparticle filme la fêlure à certaines épaisseurs (est parti). En ajoutant des couches des couches plus minces, fêler peut être évité (droit).

La recherche a été aboutie par l'étudiant de troisième cycle Jacob Prosser et le professeur adjoint Daeyeon Lee, du Service du Bureau D'études Chimique et Biomoléculaire à l'École de Penn du Bureau D'études et de la Science Appliquée. L'Étudiant de troisième cycle Teresa Brugarolas et l'étudiant de premier cycle Steven Lee, aussi du Bureau D'études Chimique et Biomoléculaire, et le professeur Adam Nolte de l'Institut de Technologie de Rose-Hulman ont participé à la recherche.

Leur travail a été publié dans les Lettres de Nano de tourillon.

Pour produire d'un film de nanoparticle, les particules désirées sont suspendues dans un liquide adapté, qui est alors légèrement et a régulièrement réparti la surface par un grand choix de méthodes matérielles. Le liquide est alors permis de s'évaporer, mais, car il sèche, le film peut fêler comme la boue au soleil.

« Une méthode pour éviter fêler modifie la chimie de la suspension en mettant les additifs obligatoires dedans là, « Prosser a dit. « Mais cela ajoute essentiellement un matériau neuf au film, qui peut ruiner ses propriétés. »

Ce dilemme est mis en valeur dans le cas des électrodes, les points de contact dans beaucoup des dispositifs électriques qui transfèrent l'électricité. Les dispositifs À Extrémité Élevé, comme certains types de piles solaires, ont des électrodes composées de films de nanoparticle qui conduisent des électrons, mais les fissures dans les films agissent en tant qu'isolants. Ajouter un cahier aux films compliquerait seulement le problème.

« Ces cahiers sont habituellement des polymères, qui sont les isolants eux-mêmes, » Lee ont dit. « Si vous les utilisez, vous n'allez pas obtenir la propriété visée, la conductivité, que vous voulez. »

Les Ingénieurs peuvent éviter des fissures avec des méthodes de séchage alternatives, mais ceux-ci concernent les températures ou les pressions ultra-hautes et ainsi matériel cher et compliqué. Un bon marché et une technique performante pour éviter des fissures seraient un avantage pour un certain nombre de processus industriels.

L'ubiquité de fêler dans ce contexte, cependant, signifie que les chercheurs connaissent « l'épaisseur fêlante critique » pour beaucoup de matériaux. La découverte est venue quand Prosser a essayé de rendre un film plus mince que ce seuil, alors les empilant ensemble pour effectuer un composé de l'épaisseur désirée.

« Je pensais comment, dans la peinture des bâtiments et des maisons, des couches multiples sont utilisées, » à Prosser ai dit. « Une raison de celle est d'éviter de fêler et enlever. J'ai pensé qu'elle pourrait fonctionner pour ces films aussi bien, ainsi Je lui ai donné un essai. »

« C'est l'une de choses où, une fois que vous la figurez à l'extérieur, » Lee a dit, « il est si évidente, mais d'une certaine manière cette méthode a éludé chacun toutes ces années. »

Une raison que cet élan a pu être demeuré non essayé est qu'il est contre-intuitif qu'elle devrait fonctionner du tout.

La méthode les chercheurs utilisés pour effectuer les films est connue en tant que « rotation-couche. » Une quantité précise de la suspension de nanoparticle - dans ce cas, des sphères de silice dans l'eau - est répartie la surface d'objectif. La surface alors est rapidement tournée, faisant amincir l'accélération centrifuge la suspension au-dessus de la surface dans une couche uniforme. La suspension sèche alors avec la rotation prolongée, faire d'évaporer l'eau et laisser les sphères de silice derrière dans un arrangement compact.

Mais pour effectuer une deuxième couche au-dessus de ce première, une autre goutte de suspension liquide devrait être mise sur les nanoparticles secs, quelque chose qui les enlèveraient normalement. Cependant, les chercheurs ont été étonnés quand les couches sèches sont demeurées intactes après que le procédé ait été des 13 périodes répétées ; le mécanisme exact par lequel ils sont restés stables est quelque chose d'un mystère.

« Nous croyons que les nanoparticles restent sur la surface, » Lee avons dit, « parce que des liaisons covalentes sont formées entre eux quoique nous ne les exposions pas aux températures élevées. L'inspiration pour cette hypothèse est venue de notre collègue Rob Carpick. Son papier récent de Nature était tout au sujet de la façon dont la silice-silice apprête des obligations de forme à la température ambiante ; nous pensons que ceci fonctionnera avec d'autres genres d'oxydes métalliques. »

Source : http://www.upenn.edu

Last Update: 12. October 2012 09:16

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