Enklere metode til opbygning af sorter af nanokrystal -supergitter

Samarbejde mellem kemikere, fysikere og materialeforskere ved University of Pennsylvania har skabt en enkel og billig metode til hurtigt at dyrke centimeterskala membraner af binære nanokrystal superlattices, eller BNSL'er, ved at krystallisere en blanding af nanokrystaller på en flydende overflade.

Undersøgelsen viser en ny og spontan måde at dyrke langdistanceordnede BNSL-membraner med streng kontrol af nanokrystalstørrelse, form og koncentration ved at kombinere to typer nanokrystaller og samle dem under et tørretrin på overfladen af ​​en væske under normale forhold.

Metoden overvinder flere begrænsninger ved de eksisterende forsamlingsstrategier og producerer store, fritstående membraner, der kan overføres til ethvert ønsket substrat, såsom siliciumskiver, glasskiver og plastunderlag, muliggøre indførelse af nanokryatalline film på ethvert trin i produktionsprocessen.

Teamet demonstrerede potentialet for at integrere disse nye materialer ved at dyrke millimeterskala supergittermembraner indeholdende jernoxid-nanokrystaller i to forskellige størrelser og inkorporere membranerne i magnetoresistive anordninger. Målinger viste, at magnetoresistensen af ​​den resulterende enhed var afhængig af strukturen af ​​BNSL og derfor kontrollerbar.

De fysiske egenskaber, der er iboende i disse nanokrystaller - krystallinske byggesten i nanometerstørrelse - tilbyder et moderne twist på studierne af grænsefladesamling, der når så langt tilbage som Penn -grundlæggeren Benjamin Franklin og hans undersøgelser af olie, der spredte sig på vand i 1770'erne.

Enkelt- og flerkomponent-nanokrystalfilm er allerede under intensiv undersøgelse af forskere som muliggørere af nye optiske teknologier, der spænder fra billige solceller, lysemitterende dioder og fotodetektorer og også i elektroniske systemer, der omfatter felt-effekt-transistorer og solid-state termoelektriske kølere og generatorer og magnetiske teknologier, der omfatter magnetiske optagematerialer og magnetiske sensorer og endda som skræddersyede elektrokatalytiske og fotokatalytiske film.

Samling af to typer nanokrytaler til BNSL'er giver en lav pris, modulær rute til programmering af selvsamling af materialer med en præcist kontrolleret kombination af egenskaber. Fremskridt i disse komplekse grænsefladesamlinger og forbedringer i overførslen af ​​enkeltkomponent-nanokrystalmembraner i de sidste par år har øget forventningen om, at denne kontrol kunne udvides til meget mere komplekse systemer.

Denne Penn-undersøgelse etablerer en rute til fritstående BNSL-membraner med stort område med den ekstra evne til at laminere dem på ethvert vilkårligt substrat.

"Grundlæggende voksende BNSL'er på en flydende overflade vil kaste lys over mekanismerne for multi-komponent nanokrystalmontering, som er kritiske for nye koncepter inden for selvmonteringsbaseret nanofremstilling, "sagde Christopher B. Murray, Richard Perry University Professor i kemi og materialevidenskab og teknik ved Penn.

Forskningen, finansieret af U.S. Army Research Office og en National Science Foundation Materials Research Science and Engineering Centers Award, udkommer i denne uges Natur .

Eksisterende strategier til dyrkning af BNSL'er involverer en mere kompleks proces med fordampning af en to-nanokrystalopløsning på et fast underlag under omhyggeligt reguleret temperatur og tryk, der påvirker BNSL-dannelse. Metoden lider af flere begrænsninger, især et begrænset valg af substrat, nukleation af uregelmæssig mikrometerstørrelse, isolerede øer af BNSL'er på substraterne og en manglende evne til at overføre dem, når de først er dannet.

"I betragtning af at denne nye samlingsstrategi er generel for forskellige nanokrystalkombinationer, vi forventer, at membraner af kvasikrystallinske BNSL'er og ternære nanokrystal superlattices også vil blive dyrket ved denne metode, stærkt at udvide de systemer, der kan udforskes, "sagde Murray." Vores drøm er at programmere organisering af materialer på alle længder skalaer til nanometer til millimeter, der kombinerer de ønskelige fysiske egenskaber med flere nanoskala systemer. Grundlæggende er vi fokuseret på at identificere, forståelse og optimering af nye synergistiske interaktioner i nanomaterialer og ved at udnytte disse nye egenskaber i nye enheder og systemer. "