Chinesische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur direkten Herstellung von Nanoporen unter 10 nm in WO3-Nanoblättern unter Verwendung schneller Schwerionen vorgeschlagen. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Nano-Buchstaben.
Die Studie wurde von den Wissenschaftlern des Materialforschungszentrums des Instituts für moderne Physik (IMP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und ihrem Mitarbeiter am Gemeinsamen Institut für Kernforschung in Russland durchgeführt.
Die Herstellung hochwertiger Festkörper-Nanoporen ist für die Anwendungen der Einzelmoleküldetektion, nanofluidischer Geräte und Nanofiltrationsmembranen von großer Bedeutung. Die beliebteste Methode zur Herstellung von Nanoporen in anorganischen Filmen wie SiN, SiO2 und Al2O3 ist die Verwendung fokussierter Ionen- oder Elektronenstrahlen.
Bei Verwendung dieser Porenbildungsmethode ist jedoch ein Rückkopplungssystem oder eine direkte Bildgebung erforderlich, und es kann jeweils nur eine einzige Nanopore hergestellt werden, was die Massenproduktion einschränkt. Daher ist es notwendig, eine neue Porenmethode zu erforschen, mit der Nanoporen mit kontrollierbarer Größe und Dichte ohne Rückkopplungssystem erzeugt werden können.
Basierend auf der Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) haben die Wissenschaftler eine direkte Porenmethode in WO3-Nanoblättern mithilfe schneller Schwerionenbestrahlung demonstriert.
Darüber hinaus verwendeten sie molekulardynamische Simulationen, um den zugrunde liegenden Mechanismus zu erklären. Es wurde festgestellt, dass die durch schnelle Schwerionen verursachte Viskosität und Oberflächenspannung der transienten geschmolzenen Phase die Schlüsselfaktoren für die Bildung von Nanoporen sind.
Durch die Auswahl von Ionen mit unterschiedlichen elektronischen Energieverlusten erzeugten die Wissenschaftler Nanoporen mit Größen von 1,8 bis 7,4 nm in WO3-Nanoblättern. Sie können die Dichte von Nanoporen steuern, indem sie unterschiedliche Ionenflüsse anwenden.
Diese neue Methode, die keinen chemischen Ätzprozess erfordert, hat das Potenzial für eine breite Anwendung. Es ebnet den Weg zur Herstellung von Festkörper-Nanoporen in Materialien mit niedriger Viskosität und Oberflächenspannung unter Verwendung schneller schwerer Ionen und liefert neue Einblicke in die Bildung latenter Ionenspuren in festen Materialien.
Mehr Informationen:
Lijun Xu et al., Direkte Herstellung von Sub-10-nm-Nanoporen in WO3-Nanoblättern unter Verwendung einzelner schneller Schwerionen, Nano-Buchstaben (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00884