Forscher berichten über eine Technik zur Herstellung von Nanoblättern in einer Minute

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Minoru Osada (er, er) und dem Postdoktoranden Yue Shi (sie, ihr) am Institut für zukünftige Materialien und Systeme (IMaSS) der Universität Nagoya in Japan hat eine neue Technologie zur Herstellung dünner Nanoblätter entwickelt Filme aus zweidimensionalen Materialien mit einer Dicke von einigen Nanometern in etwa einer Minute.

Diese Technologie ermöglicht die Bildung hochwertiger, großer Nanoblattfilme mit einem einzigen Klick, ohne dass spezielle Kenntnisse oder Technologien erforderlich sind. Es wird erwartet, dass ihre Ergebnisse zur Entwicklung des industriellen Herstellungsprozesses für verschiedene Arten von Nanoblattgeräten beitragen. Die Studie wurde veröffentlicht in ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen.

Nanoblätter haben eine Dicke, die in Nanometern gemessen wird. Nanometer sind so dünn, dass die Blätter mit bloßem Auge von der Seite nicht zu erkennen sind. Sie haben potenzielle Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen, darunter Elektronik, Katalyse, Energiespeicherung und Biomedizin. Diejenigen aus Graphen und anorganischen Nanoblättern werden für den Einsatz in einer Reihe von Geräten getestet, von Solarzellen bis hin zu Sensoren und Batterien, da sie andere elektrische, transparente und hitzebeständige Funktionen haben als herkömmliche Massenmaterialien.

Allerdings erfordern die aktuellen Techniken zur Herstellung dieser dünnen Filme, wie etwa die Langmuir-Blodgett-Methode, eine geschickte Bedienung und komplexe Bedingungen. „Mit den vorhandenen Methoden dauert die Herstellung einer einzelnen Schicht etwa eine Stunde“, sagte Osada. „Dies führt zu einem großen Engpass bei der Herstellung von Nanoblättern.“

Ziel der Gruppe war es, ein neues Verfahren zu entwickeln, mit dem sich einfach und in kurzer Zeit hochwertige, sauber gekachelte Monoschichtfilme aus Nanoblättern herstellen lassen. Sie entwickelten einen automatisierten Filmbildungsprozess, der Nanoblätter in etwa einer Minute durch einen einfachen Tropfen einer kolloidalen wässrigen Lösung auf ein Substrat erzeugte, das mit einer automatischen Pipette auf einer Heizplatte erhitzt wurde. Anschließend wurde die Lösung abgesaugt und die Flüssigkeit entfernt. Das Ergebnis war ein sauber gekachelter Monoschichtfilm ohne Lücken zwischen den Nanoblättern.

„Die Verringerung der Oberflächenspannung der kolloidalen wässrigen Lösung und die Förderung der Konvektion der Nanoblätter unterdrückten die Überlappung und Lücken zwischen den Nanoblättern und ermöglichten uns die Kontrolle über deren Ausrichtung“, sagte Osada. „Der schichtweise Aufbau mehrschichtiger Filme, gesteuert durch die Dickeneinheit der Nanoblätter, war möglich, indem der sauber gekachelte Herstellungsvorgang für einschichtige Filme wiederholt wurde.“

„Es wird erwartet, dass die neu entwickelte Methode eine wichtige Technologie als industrielle Dünnschicht-Herstellungsmethode und Nanobeschichtungsmethode für Nanoblätter wird, da sie einfach und schnell ist und nur eine kleine Menge Lösung erfordert, um ein hochwertiges, großes Produkt herzustellen -Flächenfilm mit einer sauber gekachelten Ausrichtung“, sagte er.

„Die Technologie basiert auf einfachen Tropfen- und Ansaugvorgängen mit einer automatischen Pipette und erfordert keine speziellen Kenntnisse oder Technologien. Diese Technologie ist auf Nanoblätter unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur anwendbar, wie zum Beispiel Oxide, Graphen und Bornitrid, und kann Filme bilden.“ auf Substraten verschiedener Formen, Größen und Materialien, was es zu einer äußerst vielseitigen Filmbildungstechnologie macht“, sagte Osada.