Найден новый метод предотвращения растрескивания нанопленок

Создание однородных покрытий является распространенной технической проблемой.

При работе в наномасштабе даже самые крошечные трещины могут оказаться серьезными препятствиями. Новое исследование ученых из университета Пенсильвании показало новый способ, как избежать появления трещин в процессе отложения нанопленки.

Результаты работы ученых опубликованы в издании Nano Letters.

Для производства нанопленки желаемые частицы взвешиваются в подходящей жидкости, которая затем тонко и равномерно распространяется по поверхности посредством множества физических методов. Жидкости дают испариться, но, как только она высыхает, пленка может потрескаться, словно грязь на солнце.

«Один из методов предотвращение растрескивания заключается в изменении химического состава суспензии за счет добавления в нее закрепляющих добавок», сказал аспирант Джекоб Проссер. „Однако это, по сути, будет уже другой материал с другими свойствами“.

Дилемма на первый план выдвинула случай с электродами, контактными точками многих электрических устройств, которые передают электричество. В высококачественных устройствах, таких как определенные типы солнечных батарей, электроды внедрены в электропроводящие нанопленки, но трещины в пленке действуют как изоляторы. Добавление закрепителя в пленки только усугубит проблему.

„Закрепители — это чаще всего полимеры, которые обладают изолирующими свойствами“, сказал Ли. „Если вы используете их, то не надейтесь на прежнюю электропроводимость материала“.

Инженеры допускают, что предотвратить трещины им помогут альтернативные методы сушки, однако они включают ультравысокие температуру или давление, а потому требуют использования дорогого и сложного оборудования. Дешевый и эффективный метод предотвращения трещин может быть благом для любого числа производственных процессов.

Вездесущность в данном контексте означает, что исследователям известна критическая толщина процесса для многих материалов. Прорыв случился, когда Проссер попытался сделать пленку тоньше порогового значения, а затем объединил несколько пленок, чтобы получилась необходимая толщина.

„В живописи используется прием многослойного нанесения краски на холст как раз с этой целью — чтобы по максимуму избежать трещин“, сказал Проссер. „Мне пришла в голову идея проверить это применительно к нанопленкам“.

По словам доцента Даена Ли, это как раз тот случай, когда решение очевидно, но к нему приходят спустя годы исследований. Одна из причин столь позднего прозрения, считает Ли, в том, что решение противоречит интуиции, поскольку не соответствует традиционному методу изготовления нанопленок — покрытию вращением. Нанести так один слой поверх второго никому и в голову не приходило, поскольку казалось, что это приведет к разрушению первого слоя. К удивлению ученых, все наночастицы в пленке остались на местах, когда процесс повторили 13 раз, нанеся, таким образом, 13 слоев один на другой.

Ученые обозначили необходимость проведения будущих исследований для применения метода с другими типами наночастиц.

16.10.2012