Ingeniører udvikler et nyt system til fremstilling af ledende film

(Phys.org) -- Yale ingeniører har udviklet et nyt automatiseret system til at generere stærke, fleksibel, transparente belægninger med lovende anvendelser i lithium-ion batteri og brændselscelle produktion, blandt andre applikationer.

Indtil nu, den langsomme gennemstrømning af nogle eksisterende samlingsmetoder har væsentligt begrænset den praktiske anvendelse af disse tynde, flerlagede ledende film.

Anført af André Taylor, en adjunkt i kemi- og miljøteknik, Yale-teamet udviklede en ny monteringsteknik, der reducerer procestiden og producerer film med både præcision på nanoniveau og forbedret funktion. Systemet - kaldet spin-spray lag-for-lag (SSLbL) - genererer tynde, flerlagsfilm hurtigere end tidligere muligt og med større kontrol over filmkarakteristika.

Forskerne beskriver deres metode i et kommende nummer af tidsskriftet ACS Nano , tilgængelig nu i fortryk.

"Der er mange anvendelser for den nye teknik til udvikling af funktionelle belægninger i nanoskala, ” siger Forrest Gittleson, en Yale kandidatstuderende og medlem af forskerteamet. "Der er [eksisterende] spray-only-systemer, der reducerer samlingstiden for lag-for-lag film. Men vores system forbedrer procestiden yderligere, samtidig med at det forbedrer muligheden for at tune filmkarakteristika. Det giver et stærkt kontrolniveau."

I et eksempel citeret i avisen, en prøvefilm blev samlet på 54 minutter ved anvendelse af den nye metode. Derimod den traditionelle monteringsmetode, kendt som dip-coating (lag-for-lag), det tog 76 timer at producere en film med tilsvarende ledningsevne.

Ud over at forbedre monteringstiden, det nye system tilbyder også overlegen kontrol over filmens endelige tykkelse og ensartethed.

Film, der indeholder carbon nanorør, har længe været anerkendt som potentielt værdifulde i sensor- og elektrodeapplikationer. Men det har været svært at opnå ensartet ledningsevne gennem hele filmen ved hjælp af traditionelle dyppemetoder. Yale-teamet demonstrerer, at dens metode genererer en mere ensartet ledende film end dipmetoden, giver overlegen ydeevne potentiale.

"Fordi lag-for-lag samling kan bruges med et bredt udvalg af polyelektrolytter og nanomaterialer, siger Taylor, "denne teknik kan bruges til en lang række applikationer lige fra ultrastærke materialer (stærkere end stål) til gennemsigtige O2-diffusionsbarrierer, til medicinafgivelse. Den næste ansøgning er op til materialedesignerens fantasi."

Forskerne samlede ultratynde polymer- og nanorør-flerlagsfilm, og evaluerede dem til brug som lithium-ion batterielektroder. Teknikken viser lovende i at udvikle en bedre forståelse og metode til hurtigt at skabe batterielektroder med nanometerniveaupræcision.