À mesure que les appareils électroniques deviennent plus petits, les matériaux nécessaires à leur fabrication deviennent également plus petits. Nanosciences Il s’agit de l’étude de matériaux extrêmement petits qui trouvent des utilisations dans les applications de stockage d’énergie, d’électronique, de santé et de sécurité, etc.
Désormais, une équipe dirigée par le département américain de l'Énergie (Ministère de l'Énergie) Le Lawrence Berkeley National Laboratory a développé une nouvelle méthode d'auto-assemblage pour fabriquer plusieurs couches 2D Nano-papiers. Une nanofeuille est un matériau extrêmement petit, semblable à une lasagne, composé de très fines couches de polymères et de nanoparticules.
Ces nanofeuilles ont considérablement réduit le nombre de défauts par rapport aux méthodes précédentes, ce qui prolongera la durée de vie de certains appareils électroniques grand public. Étant donné que les nanofeuilles fabriquées avec cette nouvelle méthode sont recyclables, cette méthode peut également permettre une approche de fabrication durable qui réduit le nombre de pièces d'un appareil électronique qui doivent être éliminées dans les décharges.
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« Nos travaux surmontent un obstacle de longue date dans le domaine des nanosciences : étendre la fabrication de nanomatériaux en matériaux utiles pour les applications manufacturières et commerciales. « C'est vraiment excitant parce que cela a pris des décennies. » —Ting Xu, Laboratoire national Lawrence Berkeley
L’équipe est la première à développer avec succès un matériau barrière polyvalent et haute performance à partir de nanofeuilles auto-assemblées. Les chercheurs ont utilisé la source avancée de photons (Agence de presse algérienne), une Ministère de l'Énergie Bureau des installations pour les utilisateurs scientifiques à Ministère de l'ÉnergieLaboratoire National d'Argonne. C'était une percée Rapporté dans le magazine nature.
« « Notre travail surmonte un obstacle de longue date dans le domaine des nanosciences : élargir la fabrication de nanomatériaux en matériaux utiles pour la fabrication et les applications commerciales », a déclaré Ting Xu, scientifique principal du Berkeley Lab, le chercheur principal qui a dirigé l'étude. « « C'est vraiment excitant parce que cela a pris des décennies. »
L’un des défis liés à l’exploitation des nanosciences pour créer des matériaux fonctionnels réside dans la nécessité d’assembler de nombreux petits éléments. Ceci afin que le nanomatériau puisse devenir suffisamment gros pour être utile. Bien que l'empilement de nanofeuilles soit l'un des moyens les plus simples de transformer des nanomatériaux en un produit, « Les « défauts d’empilement » – les espaces entre les nanofeuilles – sont inévitables lorsque l’on travaille avec des nanofeuilles existantes.
« Si vous envisagez de construire un 3D A partir de carreaux fins et plats, vous aurez des couches qui atteignent la hauteur de la structure. « Mais vous aurez également des espaces dans chaque couche où les deux carreaux se rencontrent », a déclaré la première auteure Emma Fargo, ancienne étudiante diplômée et chercheuse postdoctorale au Berkeley Lab. « « Il est tentant de réduire le nombre d'espaces en agrandissant les carreaux, mais ils deviennent plus difficiles à travailler », explique Vargo.
Le nouveau matériau nanofeuille résout le problème de l’empilement des défauts en contournant complètement l’approche des feuilles empilées séquentiellement. Au lieu de cela, l’équipe a mélangé un mélange de matériaux connus pour s’auto-assembler en petites molécules. Ils ont utilisé des couches alternées de matériaux constitutifs, en suspension dans un solvant.
Expériences sur la source de neutrons de fragmentation, A Ministère de l'Énergie Bureau des installations pour les utilisateurs scientifiques à Ministère de l'ÉnergieLe laboratoire national d'Oak Ridge, à Oak Ridge, a aidé les chercheurs à comprendre les premières étapes grossières de l'auto-assemblage des mélanges. Au fur et à mesure que le solvant s'évapore, les petites particules s'agrègent et s'organisent spontanément en couches de matrice rugueuses. Ils se solidifient ensuite en nanofeuillets denses. De cette manière, les couches ordonnées sont formées simultanément plutôt que empilées les unes après les autres dans un processus séquentiel. Les petites pièces doivent seulement être déplacées sur de courtes distances pour être organisées et combler les espaces. Cela évite en outre les problèmes de mobilité « tuiles »et les inévitables écarts entre eux.
Les chercheurs s’attendaient à ce que le mélange complexe utilisé dans la présente étude possède deux propriétés idéales. Ils s’attendaient également à ce que le nouveau système de nanoplaques soit légèrement affecté par la chimie de surface différente. Ils ont estimé que cela permettrait au même mélange de former une barrière protectrice sur diverses surfaces, telles que l'écran de verre d'un appareil électronique ou un masque en polyester.
Pour tester les performances du matériau en tant que couche isolante dans de nombreuses applications différentes, les chercheurs ont fait appel à certaines des meilleures installations de recherche du pays.
Lors des expériences en Agence de presse algérienneLes chercheurs ont étudié comment un mélange de polymères, de petites molécules organiques et de nanoparticules forme une couche sur la paroi interne d'un capillaire de quartz lorsque le solvant s'évapore lentement dans l'air sec.
« Merci d'avoir brillé Rayon X produit par Agence de presse algérienne et un détecteur de rayons X avancé positionné dans la ligne de lumière 8-ID-I« Nous avons pu cartographier la manière dont chaque composant s'assemble sur une large gamme d'échelles de longueur », a déclaré Qingting Zhang, scientifique d'Argonne, co-auteur de l'article.
Maintenant qu’ils ont démontré avec succès comment fabriquer facilement un matériau polyvalent et fonctionnel pour diverses applications industrielles à partir d’un seul nanomatériau, les chercheurs prévoient d’améliorer la recyclabilité du matériau. Ils ajouteront également la possibilité d'ajuster les couleurs (il est actuellement disponible en bleu) à son répertoire.
le Agence de presse algérienne En cours de mise à niveau complète. Une fois la mise à niveau terminée Agence de presse algérienne Il permettra d’étudier l’auto-assemblage des nanoparticules depuis l’échelle nanométrique jusqu’à l’échelle du dispositif, en commençant dès le début du processus d’auto-assemblage.
référence: Fargo E, Ma L, Li H et al. Composés fonctionnels par programmation de croissance de nanofeuilles basée sur l'entropie. nature. 2023;623(7988):724-731. est ce que je: 10.1038/s41586-023-06660-x
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