Ny opbevaringsteknologi holder nanooverflader rene

Rice Universitys ingeniører har skabt beholdere, der kan forhindre flygtige organiske forbindelser (VOC'er) i at samle sig på overfladerne af lagrede nanomaterialer.

Den bærbare og billige opbevaringsteknologi adresserer et allestedsnærværende problem i nanofremstillings- og materialevidenskabelige laboratorier og er beskrevet i et papir offentliggjort den 11. juli i Nano Letters .

"VOC'er er i luften, der omgiver os hver dag," sagde undersøgelsens korresponderende forfatter Daniel Preston, en assisterende professor i Rice's Department of Mechanical Engineering. "De klæber til overflader og danner en belægning, primært af kulstof. Du kan ikke se disse lag med det blotte øje, men de dannes, ofte inden for få minutter, på stort set enhver overflade, der er udsat for luft."

VOC'er er kulstofbaserede molekyler, der udsendes fra mange almindelige produkter, herunder rengøringsvæsker, maling og kontor- og håndværksartikler. De akkumuleres indendørs i særligt høje koncentrationer, og de tynde lag af kulstofsnavs, de afsætter på overflader, kan hindre industrielle nanofabrikationsprocesser, begrænse nøjagtigheden af ​​mikrofluidiske testsæt og skabe forvirring for forskere, der udfører grundlæggende forskning på overflader.

For at løse problemet, ph.d. studerende og studielederforfatter Zhen Liu udviklede sammen med Preston og andre fra hans laboratorium en ny type opbevaringsbeholder, der holder genstande rene. Eksperimenter viste, at hendes tilgang effektivt forhindrede overfladekontamination i mindst seks uger og kunne endda rense VOC-aflejrede lag fra tidligere forurenede overflader.

Teknologien er afhængig af en ultraren væg inde i beholderen. Overfladen af ​​den indvendige væg er forstærket med bittesmå buler og fordybninger, der varierer i størrelse fra et par milliontedele til et par milliardtedele meter. De mikroskopiske og nanoskopiske ufuldkommenheder øger væggens overfladeareal, hvilket gør flere af dens metalatomer tilgængelige for VOC'er i luften, der er inde i beholderne, når de er forseglet.

"Teksturen gør det muligt for den indre beholdervæg at fungere som et 'opofrende' materiale," sagde Liu. "VOC'er trækkes på overfladen af ​​beholdervæggen, hvilket gør det muligt for andre genstande, der er opbevaret inde, at forblive rene."

Hun sagde, at ideen om at bruge en stor forrenset overflade til at akkumulere forurenende stoffer blev foreslået for 50 år siden, men gik stort set ubemærket hen. Hun og hendes kolleger forbedrede ideen med moderne metoder til rengøring og nanoteksturering af overflader. De viste gennem en række eksperimenter, at deres tilgang gjorde et bedre stykke arbejde med at forhindre VOC'er i at belægge overfladerne på lagrede materialer end andre metoder, herunder forseglede petriskåle og avancerede vakuumekssikkatorer.

Prestons gruppe byggede på sine eksperimenter og udviklede en teoretisk model, der præcist karakteriserede, hvad der skete inde i containerne. Preston sagde, at modellen vil give dem mulighed for at forfine deres design og optimere systemets ydeevne i fremtiden.

Flere oplysninger: Zhen Liu et al., Mitigating Contamination with Nanostructure-Enabled Ultraclean Storage, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c00626

Journaloplysninger: Nanobreve

Leveret af Rice University