นักวิจัยค้นพบกระบวนการใหม่ในการสร้างเยื่ออิสระของวัสดุที่ 'ฉลาด'

นักวิจัยค้นพบกระบวนการใหม่ในการสร้างเยื่ออิสระของวัสดุที่ 'ฉลาด'

ประทับเวลา: 3 มกราคม 2023 7:48 น
โหนดต้นทาง: 1863640
03 ม.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ทีมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่นำโดย University of Minnesota Twin Cities ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการผลิตฟิล์มบางของ perovskite สารกึ่งตัวนำออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุประเภท "ฉลาด" ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่สามารถเปลี่ยนแปลงตามสิ่งเร้า เช่น แสง สนามแม่เหล็ก หรือสนามไฟฟ้า การค้นพบนี้จะช่วยให้นักวิจัยสามารถควบคุมคุณสมบัติเหล่านี้และรวมเข้ากับวัสดุขนาดนาโนที่เกิดขึ้นใหม่เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่ดีขึ้น เช่น เซ็นเซอร์ สิ่งทออัจฉริยะและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่น กระดาษถูกตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า (“SrTiO epitaxial อิสระ3 เมมเบรนนาโนผ่าน epitaxy ระยะไกลโดยใช้ epitaxy ลำแสงโมเลกุลแบบไฮบริด”). การผลิตวัสดุในรูปแบบฟิล์มบางช่วยให้ประกอบเข้ากับชิ้นส่วนขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ง่ายขึ้น ฟิล์มบางจำนวนมากผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า epitaxy ซึ่งประกอบด้วยการวางอะตอมของวัสดุลงบนพื้นผิวหรือเทมเพลตประเภทต่างๆ เพื่อสร้างวัสดุแผ่นบางๆ ทีละชั้นอะตอม อย่างไรก็ตาม ฟิล์มบางส่วนใหญ่ที่สร้างจาก epitaxy จะ "ติด" อยู่ที่วัสดุพิมพ์โฮสต์ ทำให้จำกัดการใช้งาน หากฟิล์มบางถูกแยกออกจากซับสเตรตกลายเป็นเมมเบรนอิสระ มันจะทำงานได้มากขึ้น ทีมงานที่นำโดยมหาวิทยาลัยมินนิโซตาได้ค้นพบวิธีใหม่ในการสร้างเมมเบรนของออกไซด์ของโลหะชนิดหนึ่ง—สตรอนเชียมไททาเนต—และวิธีการของพวกเขาสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาหลายประการที่รบกวนการสังเคราะห์ฟิล์มออกไซด์ของโลหะอิสระในอดีต “เราได้สร้างกระบวนการที่เราสามารถสร้างเมมเบรนอิสระจากวัสดุออกไซด์แทบทุกชนิด ขัดผิวมัน แล้วถ่ายโอนไปยังหัวข้อที่เราต้องการ” Bharat Jalan ผู้เขียนอาวุโสของหนังสือพิมพ์และศาสตราจารย์แห่ง Shell กล่าว ประธานในภาควิชาวิศวกรรมเคมีและวัสดุศาสตร์มหาวิทยาลัยมินนิโซตา “ตอนนี้ เราสามารถใช้ประโยชน์จากการทำงานของวัสดุเหล่านี้ได้โดยการรวมวัสดุเหล่านี้เข้ากับวัสดุระดับนาโนอื่นๆ ซึ่งจะช่วยให้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงและมีประสิทธิภาพสูงหลากหลายประเภท” การสร้างเยื่ออิสระของวัสดุออกไซด์ที่ “ฉลาด” เป็นสิ่งที่ท้าทาย เนื่องจากอะตอมถูกยึดเหนี่ยวในสามมิติทั้งหมด ไม่เหมือนในวัสดุสองมิติ เช่น กราฟีน. วิธีหนึ่งในการสร้างเมมเบรนในวัสดุออกไซด์คือการใช้เทคนิคที่เรียกว่า remote epitaxy ซึ่งใช้ชั้นของกราฟีนเป็นตัวกลางระหว่างซับสเตรตกับวัสดุฟิล์มบาง วิธีการนี้ทำให้วัสดุออกไซด์ที่เป็นฟิล์มบางสร้างเป็นฟิล์มบางและลอกออกจากวัสดุพิมพ์ได้เหมือนเศษเทป ทำให้เกิดเป็นเมมเบรนอิสระ อย่างไรก็ตาม อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการใช้วิธีนี้กับออกไซด์ของโลหะก็คือ ออกซิเจนในวัสดุจะออกซิไดซ์กราฟีนเมื่อสัมผัส ทำลายตัวอย่าง การใช้ epitaxy ของลำแสงโมเลกุลแบบไฮบริดซึ่งเป็นเทคนิคที่บุกเบิกโดยห้องทดลองของ Jalan ที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตา นักวิจัยสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้โดยใช้ไททาเนียมที่ถูกผูกมัดกับออกซิเจนแล้ว นอกจากนี้ วิธีการของพวกเขายังช่วยให้สามารถควบคุมปริมาณสารสัมพันธ์ได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถควบคุมองค์ประกอบได้โดยอัตโนมัติ “เราแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกและโดยสรุปด้วยการทดลองหลายครั้งว่าเรามีวิธีการใหม่ที่ช่วยให้เราสามารถสร้างออกไซด์เชิงซ้อนได้ในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ว่ากราฟีนจะไม่ถูกออกซิไดซ์ นั่นเป็นก้าวสำคัญของวิทยาศาสตร์การสังเคราะห์” Jalan กล่าว “และตอนนี้เรามีวิธีสร้างเมมเบรนออกไซด์เชิงซ้อนเหล่านี้ด้วยการควบคุมปริมาณสารสัมพันธ์แบบอัตโนมัติ ไม่มีใครสามารถทำเช่นนั้นได้” นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุในทีมของ Jalan ทำงานอย่างใกล้ชิดกับนักวิจัยด้านวิศวกรรมในห้องทดลองของศาสตราจารย์ Steven Koester ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ซึ่งมุ่งเน้นที่การสร้างวัสดุ 2 มิติ Koester ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและผู้อำนวยการ Minnesota Nano Center ของ University of Minnesota Twin Cities กล่าวว่า "ออกไซด์ที่ซับซ้อนเหล่านี้เป็นวัสดุหลายประเภทที่มีหน้าที่โดยธรรมชาติที่สำคัญมากสำหรับพวกมัน “ตอนนี้ เราสามารถคิดถึงการใช้พวกมันเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กมากสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และในการใช้งานอื่นๆ ที่หลากหลาย รวมถึงเซ็นเซอร์ที่ยืดหยุ่น สิ่งทออัจฉริยะ และความทรงจำที่ไม่ลบเลือน”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค