Ein Forscher aus Birmingham hat ein neues Hochdurchsatzgerät entwickelt, das mithilfe nachhaltiger mechanochemischer Ansätze Bibliotheken von Nanomaterialien produziert.
Dr. Jason Stafford von der School of Engineering der Universität hat die Plattform erfunden, um hochgradig kontrollierbare Reaktionsbedingungen zu schaffen und den erheblichen Zeitaufwand zu reduzieren, den Forscher mit der Herstellung von Materialien im Labor verbringen.
Das Tischgerät ist eine vollautomatische Einheit, die für die Parallelsynthese programmiert werden kann, um eine Reihe neuartiger Materialien auf subtil unterschiedliche Weise herzustellen und so eine Bibliothek fortschrittlicher Materialien oder Produktformulierungen für weitere Tests und Optimierungen zu erstellen.
Aktuelle Techniken zur Synthese von Materialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften, wie z. B. 2D-Materialien, basieren entweder auf einem Top-Down-Ansatz, bei dem Atomschichten abgeschält werden (Peeling), oder auf einem Bottom-Up-Ansatz, bei dem durch die Ablagerung eines Atoms nach dem anderen eine Schicht aufgebaut wird.
Beide Ansätze umfassen eine große Anzahl von Schritten und Syntheseparametern und basieren auf Tausenden von Vorläufern. Dies bremst die Forschung und Entwicklung neuer Formulierungen mit Nanomaterialien aus einzelnen Elementen (wie Graphen) oder Verbindungen wie Kupferoxid, Polymeren oder Kristallen.
Das von Dr. Stafford entwickelte Gerät nutzt die mechanochemische Synthese, die auf neue Materialien zugreift und durch mechanische Kräfte chemische Reaktionen auslöst, wodurch der Bedarf an giftigen Lösungsmitteln reduziert oder ganz überflüssig wird. Es funktioniert mit Standard-Laborglasgeräten oder kundenspezifischen Gefäßen und kann so programmiert werden, dass in jedem Gefäß, das alles von einer verdünnten flüssigen Suspension bis zu einem trockenen festen Pulver enthalten kann, unterschiedliche mechanische Kräfte ausgeübt werden.
Dr. Stafford geht davon aus, dass die neue Methode F&E-Experten aus den Bereichen Chemieproduktion und fortschrittliches Materialdesign, Arzneimittelforschungsforscher und Laborforscher interessieren wird, die neue Materialien entwickeln möchten, die sie direkt in umweltverträgliche Herstellungsprozesse umsetzen können.
Er sagte: „Es gibt eine riesige und ständig wachsende Bibliothek spezialisierter 2D-Materialien, die noch nicht in Mainstream-Anwendungen angekommen sind, dennoch verbringen Forscher bis zur Hälfte ihrer Zeit damit, sicherzustellen, dass Syntheseschritte wiederholt und korrekt durchgeführt werden. Die automatisierte Plattform kann die Zeit erheblich reduzieren.“ Zeit und Fachwissen, die für diese Prozesse erforderlich sind, und den Wissenschaftlern die Möglichkeit geben, sich auf die Kernaspekte ihrer Forschung im Bereich der Materialentdeckung zu konzentrieren.“
Dr. Stafford ist außerordentlicher Professor an der University of Birmingham, wo er sich auf Thermofluide, Mehrphasenströmungen und mechanochemische Prozesse spezialisiert. Er ist Miterfinder von 20 Patenten und Haupterfinder einer von der University of Birmingham Enterprise eingereichten Patentanmeldung für die kürzlich entwickelte Hochdurchsatzmethode für die 2D- und Nanomaterialverarbeitung.
Er wird dabei sein Advanced Materials Show und ChemExpo2024 am 15. und 16. Mai im National Exhibition Centre in Birmingham.