Geëlektrificeerd atoomdampsysteem maakt nieuwe nanomateriaalmengsels mogelijk

Dampfasesynthese, een techniek die wordt gebruikt om zeer zuivere en schaalbare nanomaterialen en coatings te creëren, is veelbelovend voor de elektronische, optische, ruimtevaart-, energie- en milieu- en halfgeleiderindustrieën.

Nu heeft een team onder leiding van Liangbing Hu van Yale, met behulp van een vorm van geëlektrificeerde damp onder atmosferische druk, een systeem ontwikkeld dat veelzijdiger, sneller en goedkoper is. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuursynthese. Het project is een samenwerking met prof. Yiguang Ju van Princeton University en Princeton Plasma Physics Laboratory. De hoofdauteur van de studie, Xizheng Wang, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Hu, is professor aan de Universiteit van Californië in Irvine.

Dampfasesynthese zet materialen om door ze te verdampen en ze vervolgens terug te brengen naar een vaste vorm, hetzij als deeltjes of als dunne coatings. De uitdaging is echter dat het lastig is om dit onder atmosferische omstandigheden te doen en de eigenschappen van het eindproduct te kunnen controleren. Dat komt deels doordat sommige materialen bijzonder hoge kookpunten hebben, waarvoor de toevoeging van complexe, krachtige systemen nodig is, zoals elektronenbundels, plasma en gepulseerde lasers.

Deze systemen zijn duur in aanschaf en onderhoud. Om optimale resultaten te bereiken, vereisen veel conventionele methoden bovendien vacuümdruk, die ook duur en moeilijk te handhaven is.

Het Hu-lab heeft dit echter opgelost via een nieuwe methode die zij geëlektrificeerde dampdepositie (EVD) noemen. In wezen maakt het gebruik van een geëlektrificeerde carbonpapierverwarmer om snel extreem hoge temperaturen te bereiken, waardoor het materiaal onmiddellijk verdampt en dissocieert en atomaire damp ontstaat.

Wanneer deze atomaire damp zich vermengt met het omringende argongas (op kamertemperatuur gehouden), koelt het snel af en vormt het kernvorming op een manier die zeer uniform is. Dit resulteert in producten van puur nanomateriaal en dunne films met uitstekende samenstellings- en structurele controle. Cruciaal voor deze methode is dat het systeem specifiek is ontworpen voor continue stroom en snelle afkoeling van de damp.

Het EVD-systeem maakt het mengen van een breed scala aan materialen mogelijk die doorgaans niet met conventionele middelen kunnen worden gemaakt. Het is snel, goedkoop en kan worden gebruikt in atmosferische omstandigheden zonder dat er vacuümsystemen en andere dure apparatuur nodig zijn.