Onderzoekers rapporteren techniek om nanosheets in één minuut te fabriceren

Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Minoru Osada (hij, hem) en postdoctoraal onderzoeker Yue Shi (zij, haar) aan het Institute for Future Materials and Systems (IMASS), Nagoya University in Japan, heeft een nieuwe technologie ontwikkeld om nanosheets, dunne films van tweedimensionale materialen van een paar nanometer dik, in ongeveer een minuut.

Deze technologie maakt het mogelijk om met een enkele klik hoogwaardige, grote nanosheet-films te vormen zonder dat gespecialiseerde kennis of technologie nodig is. Hun bevindingen zullen naar verwachting bijdragen aan de ontwikkeling van het industriële fabricageproces voor verschillende soorten nanosheet-apparaten. De studie is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces.

Nanosheets hebben een dikte die wordt gemeten in nanometers. Nanometers zijn zo dun dat de platen vanaf de zijkant niet met het blote oog te zien zijn. Ze hebben potentiële toepassingen op verschillende gebieden, waaronder elektronica, katalyse, energieopslag en biogeneeskunde. Die gemaakt van grafeen en anorganische nanosheets worden getest voor gebruik in een reeks apparaten, van zonnecellen tot sensoren en batterijen, omdat ze elektrische, transparante en hittebestendige functies hebben die verschillen van die van conventionele bulkmaterialen.

De huidige technieken die worden gebruikt om deze dunne films te fabriceren, zoals de Langmuir-Blodgett-methode, vereisen echter een bekwame bediening en complexe omstandigheden. “Met behulp van bestaande methoden duurt het ongeveer een uur om een ​​enkele laag te fabriceren”, zei Osada. “Dit creëert een groot knelpunt bij de productie van nanosheets.”

De groep wilde een nieuw proces ontwikkelen dat eenvoudig en in korte tijd hoogwaardige netjes betegelde monolaagfilms van nanosheets kan produceren. Ze ontwikkelden een geautomatiseerd filmvormingsproces dat in ongeveer een minuut nanosheets produceerde met een simpele druppel van een colloïdale waterige oplossing op een substraat dat op een kookplaat werd verwarmd met behulp van een automatische pipet. Daarna volgden ze dit met aspiratie van de oplossing en vloeistofverwijdering. Het resultaat was een netjes betegelde monolaagfilm zonder openingen tussen de nanovellen.

“De vermindering van de oppervlaktespanning van de colloïdale waterige oplossing en de bevordering van convectie van de nanosheets onderdrukte de overlapping en openingen tussen de nanosheets en stelde ons in staat om de uitlijning ervan te controleren,” zei Osada. “Laag-voor-laag constructie van meerlagige films bestuurd door de dikte-eenheid van nanosheets was mogelijk door de netjes betegelde monolaagfilmfabricage te herhalen.”

“De nieuw ontwikkelde methode zal naar verwachting een belangrijke technologie worden als een industriële dunnefilmfabricagemethode en nanocoatingmethode voor nanosheets, omdat het eenvoudig en snel is en slechts een kleine hoeveelheid oplossing vereist om een ​​hoogwaardige, grote -gebiedsfilm met een netjes betegelde uitlijning, ‘zei hij.

“De technologie is gebaseerd op eenvoudige druppel- en aspiratiebewerkingen met behulp van een automatische pipet en vereist geen gespecialiseerde kennis of technologie. Deze technologie is toepasbaar op nanosheets van verschillende samenstellingen en structuren, zoals oxiden, grafeen en boornitride, en kan films vormen op substraten van verschillende vormen, maten en materialen, waardoor het een uiterst veelzijdige filmvormende technologie is, “zei Osada.