Forskere går efter guldet på en enkelt chip

Lawrence Livermore National Laboratory-forskere har skabt et bibliotek af nanoporøse guldstrukturer på en enkelt chip, der har direkte applikationer til højkapacitets lithium-ion-batterier såvel som neurale grænseflader.

Nanoporøst guld (np-Au), et porøst metal, der bruges i energi og biomedicinsk forskning, er produceret gennem en legeringskorrosionsproces kendt som delegering, der genererer et karakteristisk tredimensionelt netværk af porer og ledbånd på nanoskala.

I forsideartiklen i nummeret 14. januar af Nanoskala , et tidsskrift udgivet af Royal Society of Chemistry, LLNL forskere og deres University of California, Davis (link is external) samarbejdspartnere beskriver en metode til at skabe et bibliotek af forskellige np-Au morfologier på en enkelt chip via præcis levering af afstembar laserenergi. UC Davis professor Erkin Seker fungerede som hovedefterforsker (PI) af UC Fees-projektet, der primært finansierede arbejdet, sammen med co-PI Monika Biener fra LLNL's Materials Science Division.

Lasermikrobearbejdning (f.eks. mikrobearbejdning) giver rumlig og tidsmæssig kontrol, samtidig med at den pålægger energi nær overfladen af ​​materialet.

"Traditionelle varmepåføringsteknikker til modifikation af np-Au er bulkprocesser, der ikke kan bruges til at generere et bibliotek med forskellige porestørrelser på en enkelt chip, " sagde LLNL-medarbejderforsker Ibo Matthews, medforfatter til papiret. "Lasermikrobehandling tilbyder en attraktiv løsning på dette problem ved at give et middel til at anvende energi med høj rumlig og tidsmæssig opløsning."

Forskerne brugte multifysiske simuleringer til at forudsige virkningerne af kontinuerlig bølge vs. pulseret lasertilstand og varierende termisk ledningsevne af det understøttende substrat på de lokale np-Au-filmtemperaturer under fototermisk udglødning.

De var derefter i stand til at fremstille et on-chip materialebibliotek bestående af 81 np-Au prøver af ni forskellige morfologier til brug i den parallelle undersøgelse af struktur-egenskabsforhold.

"Disse biblioteker har potentialet til drastisk at øge gennemløbet af morfologiske interaktionsstudier for np-Au, specifikt i applikationer som højkapacitets lithium-ion-batterier, celle-materiale interaktionsundersøgelser for neurale grænseflader, analytiske biosensorer, samt materialevidenskabelige studier i nanoskala, " sagde Biener, medforfatter til avisen.

Dette arbejde danner grundlaget for forståelsen af ​​laserbaseret udglødning af porøse tyndfilmsmaterialer. Fremstillingen af ​​materialebiblioteker med enkelt chip har potentialet til at øge gennemløbet af materialeinteraktionstestning i mange discipliner gennem nemme biblioteker til screening af materiale med enkelt chip.