Elektromagnetische levitatie brengt nanomaterialen in vorm

Om ervoor te zorgen dat metalen nanomaterialen hun belofte op het gebied van energie en elektronica waar kunnen maken, moeten ze vorm krijgen – letterlijk.

Om betrouwbare mechanische en elektrische eigenschappen te leveren, moeten nanomaterialen consistente, voorspelbare vormen en oppervlakken hebben, evenals schaalbare productietechnieken. De ingenieurs van UC Riverside lossen dit probleem op door metalen in een magnetisch veld te verdampen om de herassemblage van metaalatomen in voorspelbare vormen te leiden. Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Physical Chemistry Letters.

Nanomaterialen, die zijn gemaakt van deeltjes van 1-100 nanometer, worden meestal gemaakt in een vloeibare matrix, wat duur is voor bulkproductietoepassingen, en in veel gevallen kunnen ze geen zuivere metalen maken, zoals aluminium of magnesium. Meer economische productietechnieken omvatten doorgaans dampfasebenaderingen om een ​​wolk van deeltjes te creëren die uit de damp condenseren. Deze lijden aan een gebrek aan controle.

Reza Abbaschian, een vooraanstaand hoogleraar werktuigbouwkunde; en Michael Zachariah, een vooraanstaand professor in chemische en milieutechniek aan UC Riverside’s Marlan en Rosemary Bourns College of Engineering; de krachten gebundeld om nanomaterialen te maken van ijzer, koper en nikkel in een gasfase. Ze plaatsten vast metaal in een krachtige elektromagnetische levitatiespoel om het metaal boven het smeltpunt te verwarmen en te verdampen. De metaaldruppels zweefden in het gas in de spoel en bewogen in richtingen die bepaald werden door hun inherente reacties op magnetische krachten. Toen de druppeltjes zich hechtten, deden ze dat op een ordelijke manier die de onderzoekers leerden te voorspellen op basis van het type metaal en hoe en waar ze de magnetische velden aanbrachten.

Nanodeeltjes van ijzer en nikkel vormden koordachtige aggregaten, terwijl koperen nanodeeltjes bolvormige clusters vormden. Bij afzetting op een koolstoffilm gaven ijzer- en nikkelaggregaten de film een ​​poreus oppervlak, terwijl koolstofaggregaten het een compacter, steviger oppervlak gaven. De eigenschappen van de materialen op de koolstoffilm weerspiegelden op grotere schaal de eigenschappen van elk type nanodeeltjes.

Omdat het veld kan worden gezien als een ‘add-on’, zou deze benadering kunnen worden toegepast op elke bron voor het genereren van nanodeeltjes in de dampfase waarbij de structuur belangrijk is, zoals vulstoffen die worden gebruikt in polymeercomposieten voor magnetische afscherming of om elektrische of mechanische eigenschappen.

“Deze ‘veldgerichte’ benadering stelt iemand in staat om het assemblageproces te manipuleren en de architectuur van de resulterende deeltjes te veranderen van objecten met een hoge fractale afmeting naar stringachtige structuren met een kleinere afmeting. De veldsterkte kan worden gebruikt om de omvang van deze opstelling te manipuleren,” Zei Zachariah.