Ny nanostrukturbaseret proces vil strømline produktionen af ​​magnetiske materialer

Forskere ved University of Massachusetts Amherst rapporterer, at de for første gang har designet en meget enklere metode til at forberede bestilte magnetiske materialer end nogensinde før, ved at koble magnetiske egenskaber til nanostrukturdannelse ved lave temperaturer.

Den innovative proces giver dem mulighed for at skabe ferromagnetiske materialer ved stuetemperatur, der er stabile i lange perioder, mere effektivt og med færre trin end mere komplicerede eksisterende metoder. Fremgangsmåden er skitseret af UMass Amherst polymer videnskabsmand Gregory Tew og kolleger i udgaven af ​​27. september af Naturkommunikation .

Tew forklarer, at hans gruppes signaturforbedring er en et-trins metode til at generere ordnede magnetiske materialer baseret på koboltnanostrukturer ved at kode en blokcopolymer med den passende kemiske information til selvorganisering i nanoskopiske domæner. Blokcopolymerer er opbygget af to eller flere enkeltpolymerunderenheder forbundet med kovalente kemiske bindinger.

Den nye proces leverer magnetiske egenskaber til materialer ved opvarmning af prøven én gang til en relativt lav temperatur, omkring 390 grader (200 grader Celsius), som omdanner dem til stuetemperatur, fuldt magnetiske materialer. De fleste tidligere processer krævede enten meget højere temperaturer eller flere procestrin for at opnå det samme resultat, hvilket øger omkostningerne, siger Tew.

Han tilføjer, "De små koboltpartikler bør ikke være magnetiske ved stuetemperatur, fordi de er for små. blokcopolymerens nanostruktur begrænser dem lokalt, hvilket tilsyneladende inducerer stærkere magnetiske interaktioner mellem partiklerne, giver rumtemperatur ferromagnetiske materialer, der har mange praktiske anvendelser."

"Indtil nu, det har ikke været muligt at fremstille bestilt, magnetiske materialer via blokcopolymerer i en simpel proces, " siger Tew. "Nuværende metoder kræver flere trin bare for at generere de bestilte magnetiske materialer. De har også begrænset effektivitet, fordi de muligvis ikke bibeholder pålideligheden af ​​den bestilte blokcopolymer, de kan ikke begrænse de magnetiske materialer til ét domæne af blokcopolymeren, eller de producerer bare ikke stærkt magnetiske materialer. Vores proces besvarer alle disse begrænsninger."

Magnetiske materialer bruges i alt fra hukommelseslagringsenheder i vores telefoner og computere til datastrimlerne på debet- og kreditkort. Tew og kolleger har opdaget en måde at bygge blokcopolymerer med den nødvendige kemiske information til selvorganisering i nanoskopiske strukturer en milliontedel af en millimeter tynde, eller omkring 50, 000 gange tyndere end det gennemsnitlige menneskehår.

Tidligere undersøgelser har vist, at blokcopolymerer kan organiseres over relativt store områder. Hvad gør UMass Amherst forskningsgruppens resultater så spændende, Tew siger, er den mulige kobling af langtrækkende organisation med forbedrede magnetiske egenskaber. Dette kunne udmønte sig i billigere udvikling af nye hukommelsesmedier, gigantiske magneto-resistive enheder og futuristiske spintroniske enheder, der kan omfatte "instant on" computere eller computere, der kræver meget mindre strøm, påpeger han.

Han tilføjer, "Selvom der stadig skal arbejdes, før nye datalagringsapplikationer aktiveres, for eksempel at gøre magneterne hårdere, vores proces er meget tunerbar og kan derfor ændres til at inkorporere forskellige typer metalprækursorer. Dette resultat burde være interessant for enhver videnskabsmand inden for nanoteknologi, fordi det endegyldigt viser, at nano-indeslutning fører til helt nye egenskaber, i dette tilfælde stuetemperatur magnetiske materialer."

"Vores arbejde fremhæver vigtigheden af ​​at lære at kontrollere et materiales nanostruktur. Vi viser, at nanostrukturen er direkte relateret til et vigtigt og praktisk resultat, det er, evnen til at generere stuetemperaturmagneter."

"Vores arbejde fremhæver vigtigheden af ​​at lære at kontrollere et materiales nanostruktur. Vi viser, at nanostrukturen er direkte relateret til et vigtigt og praktisk resultat, det er, evnen til at generere stuetemperaturmagneter." Som en del af denne undersøgelse, UMass Amherst-holdet viste også, at brug af en blokcopolymer eller nanoskopisk materiale resulterer i et materiale, der er magnetisk ved stuetemperatur. Derimod ved hjælp af en homopolymer, eller ustruktureret materiale, fører kun til langt mindre nyttige ikke- eller delvist magnetiske materialer.