Husrengøring på nanoskala

Et team af forskere ved Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har udviklet en ny mekanisk rengøringsmetode til overflader på nanoskala. Teknikken fjerner med succes selv de mindste forurenende stoffer ned til atomskalaen, opnå et hidtil uset niveau af renlighed. Resultaterne af denne undersøgelse ledet af prof. Dr. Erdmann Spiecker fra Institut for Materialevidenskab på FAU er nu blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Naturkommunikation .

Verdens mindste kost

Inspiration til teknikken er hentet fra hverdagen, da rengøring med en kost fungerer på samme måde. Selvfølgelig, på nanoskala i stedet for at bruge en hel kost, kun en enkelt børstehår i form af en meget lille metalspids anvendes. Denne 'børste' presses på en overflade og flyttes frem og tilbage i en fejende bevægelse. 'Det ligner virkelig overraskende en almindelig kost, siger prof. Spiecker, Formand for mikro- og nanostrukturforskning. 'En kost fjerner løse partikler som støv eller brødkrummer, og det er ikke anderledes på nanoskalaen. ' Imidlertid, i små skalaer, kosten styres ikke med hånden, men i stedet med joystick, der styrer en lille piezomotor. I øvrigt, kraftfulde elektronmikroskoper bruges til at overvåge og styre rengøringsprocessen i realtid.

Rengøring af verdens tyndeste vindue

Ved at rense grafen, holdet formåede at anvende deres teknik på det tyndeste materiale, der findes, da grafen er lavet af et enkelt atomlag af kulstof. 'En stor udfordring var at rense grafen fra begge sider, ligner rengøring af en vinduesrude, siger Peter Schweizer, en forskningsmedarbejder ved formanden for mikro- og nanostrukturforskning, som udførte de delikate eksperimenter med sin kollega Christian Dolle. 'Med vores elektronmikroskoper, vi skal altid kigge materialet igennem. Ellers, det er umuligt at afsløre atomstrukturen.' Grafen er kendt for sin mekaniske styrke. Alligevel, det er meget overraskende, at et monoatomisk lag kan overleve de høje mekaniske kræfter fra en rengøringsprocedure uden at blive beskadiget. 'Da vi første gang fortalte vores kolleger om det, de troede os ikke, ' tilføjer prof. Spiecker.

Nanostøv:Intet forbliver rent for evigt

At have atomisk rene overflader gjorde det muligt for forfatterne af denne undersøgelse også at udforske oprindelsen og mekanismerne for rekontaminering på nanoskala. At efterlade en renset prøve ude i luften fører til hurtig ophobning af støv på overfladen. 'Dette er virkelig ikke overraskende, da vi alt for godt kender støv, der ligger i vores hjem. Der er ingen grund til, at dette skulle være anderledes på nanoskalaen, siger prof. Spiecker. Udover luftbåren forurening, holdet fandt også en forekomst af overfladediffusion, når en renset prøve sættes i et vakuummiljø, et fænomen, man ofte støder på i videnskabelige eksperimenter.

Molekylær samling

Endelig, forskerholdet brugte de atomisk rene overflader som grundlag for den målrettede samling af et atomisk tyndt lag af molekylære byggesten. Porphyrinmolekyler syntetiseret i Kemisk Institut blev påført de rengjorte overflader og svejset på plads med en kraftig elektronstråle. Resultatet var et grafenlignende monolag med nanokrystallinsk struktur.