Elektromagnetisk levitation pisker nanomaterialer i form

For at metal nanomaterialer skal leve op til deres løfter til energi og elektronik, de skal forme sig - bogstaveligt talt.

For at levere pålidelige mekaniske og elektriske egenskaber, nanomaterialer skal have konsistente, forudsigelige former og overflader, samt skalerbare produktionsteknikker. UC Riverside-ingeniører løser dette problem ved at fordampe metaller inden for et magnetfelt for at lede gensamlingen af ​​metalatomer til forudsigelige former. Forskningen er publiceret i Journal of Physical Chemistry Letters .

Nanomaterialer, som er lavet af partikler, der måler 1-100 nanometer, skabes typisk i en flydende matrix, hvilket er dyrt for bulkproduktionsapplikationer, og kan i mange tilfælde ikke lave rene metaller, såsom aluminium eller magnesium. Mere økonomiske produktionsteknikker involverer typisk dampfasetilgange for at skabe en sky af partikler, der kondenserer fra dampen. Disse lider af mangel på kontrol.

Reza Abbaschian, en fremtrædende professor i maskinteknik; og Michael Zachariah, en fremtrædende professor i kemi- og miljøteknik ved UC Riversides Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering; gik sammen om at skabe nanomaterialer af jern, kobber, og nikkel i en gasfase. De anbragte solidt metal i en kraftig elektromagnetisk levitationsspole for at opvarme metallet til over dets smeltepunkt, fordamper det. Metaldråberne svævede i gassen i spolen og bevægede sig i retninger bestemt af deres iboende reaktioner på magnetiske kræfter. Når dråberne blev bundet, de gjorde det på en velordnet måde, som forskerne lærte, at de kunne forudsige baseret på typen af ​​metal og hvordan og hvor de anvendte magnetfelterne.

Jern- og nikkelnanopartikler dannede strenglignende aggregater, mens kobbernanopartikler dannede kugleformede klynger. Når aflejret på en kulfilm, jern- og nikkeltilslag gav filmen en porøs overflade, mens kulstofaggregater gav det en mere kompakt, fast overflade. Kvaliteterne af materialerne på kulstoffilmen afspejlede i større skala egenskaberne for hver type nanopartikel.

Fordi feltet kan opfattes som en "tilføjelse, "Denne tilgang kunne anvendes på enhver dampfase nanopartikelgenereringskilde, hvor strukturen er vigtig, såsom fyldstoffer, der anvendes i polymerkompositter til magnetisk afskærmning, eller for at forbedre elektriske eller mekaniske egenskaber.

"Denne 'feltrettede' tilgang gør det muligt at manipulere samlingsprocessen og ændre arkitekturen af ​​de resulterende partikler fra objekter med høj fraktal dimension til strenglignende strukturer med lavere dimension. Feltstyrken kan bruges til at manipulere omfanget af dette arrangement, " sagde Zacharias.