突破性的新一步过程,用于创建自组装的超材料

Stontium stannate.

在研究型薄膜材料的同时,明尼苏达大学研究人员注意到纳米规模的棋盘图案的令人惊讶地形成的薄膜材料,类似于昂贵的MultiSep工艺制造的结构。它们的结果表明了设计类似的自组装结构,具有广泛应用的电子和光学装置的材料。信贷:明尼苏达大学吉兰集团

由明尼苏达大学双子城分校的研究人员领导的一个团队发现了一种突破性的一步法,可以创造出具有独特属性的材料,称为“超材料”。他们的结果显示了设计类似的自组装结构的现实可能性,并有可能创造出在电子和光学设备中广泛应用的“按顺序建造”纳米结构。

这项研究被发表在杂志的封面上纳米快报这是一本由美国化学学会出版的同行评议的科学杂志。

通常,超材料是实验室中制造的材料,以提供特定的物理,化学,电气和光学性质,否则不可能在天然存在的材料中找到。这些材料可以具有独特的特性,这使得它们非常适用于从光学过滤器和医疗设备到飞机隔音和基础设施监控的各种应用。通常,这些纳米级材料在多步制造过程中经过几天和周的专用洁净室环境中煞费苦地生产。

在这项新研究中,明尼苏达大学队伍正在研究一种名为锶斯蒂安天然或SRSNO3的薄膜材料。在他们的研究期间,他们注意到纳米规模的钓鱼板图案的令人惊讶的形成类似于在昂贵的多步骤过程中制造的超材料结构。

“起初我们认为这一定是一个错误,但很快就意识到,两个阶段的周期模式是一种混合物相同的材料,不同的晶体结构“巴拉特道路说,这项研究的资深作者和专家材料合成的壳椅是谁明尼苏达大学的化学工程和材料科学。“在咨询了明尼苏达大学、乔治亚大学和纽约城市大学的同事后,我们意识到,我们可能发现了一些非常特别的东西,可能有一些独特的应用。”

当材料从一种相转变为另一种相时,它自发地组织成有序结构。在所谓的“一级结构相变”过程中,材料进入一种混合相,在这种混合相中,系统的某些部分完成了过渡,而其他部分没有。

“这些纳米级周期性模式是本材料中一阶结构阶段过渡的直接后果,”明尼苏达大学航空航天工程师和机械师教授理查德詹姆斯教授,是该研究的共同作者和杰出的麦克奈大学教授。“我们的工作首次使许多可能性用于利用具有纳米电子和光子系统的可逆结构相变的可能性。”

事实上,该团队展示了有史以来第一个自组装、可调纳米结构的过程,只需一步就能创造出超材料。研究人员能够利用温度和激光波长来调节在单一薄膜中存储电荷特性的能力。他们有效地创造了一种具有99%效率的可变光子晶体材料。

研究人员使用高分辨率电子显微镜确认了材料的独特结构。

“我们注意到,这些晶体阶段之间的界限被大幅定义在原子尺度,这是了不起的自组装过程,”安德烈Mkhoyan教授说,该研究的作者之一,先进的电子显微镜,专家和雷·d·玛丽·t·约翰逊/马荣火山塑料椅子的明尼苏达大学的化学工程和材料科学。

研究人员现在正在寻求未来的应用在光学和电子设备中的发现。

“当我们开始这项研究时,我们从未考虑过这些应用程序。乔兰说,我们受到物理物理学的根本研究的推动,“乔兰说。“现在,突然间,我们似乎已经开辟了一个全新的研究领域,这是由许多新的和令人兴奋的应用程序的可能性驱动的。”

参考:“使用马氏体相变的自组装周期性纳米结构”由Abhinav Prakash,天琪王,Ashley Bucsek,Tristan K.Truttmann,Alireza Fali,Michele Cotrufo,Hwanhui Yun,Jong-Woo Kim,Philip J. Ryan,K. AndreMkhoyan,AndreaAlò,Yohannes Abate,Richard D. James和Bharat Jalan 2020年12月2日,纳米快报
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03708

除了Jalan,该团队还包括明尼苏达大学的研究人员Abhinav Prakash、Ashley Bucsek、Tianqi Wang、Tristan K. Truttmann、Hwanhui Yun、K. Andre Mkhoyan和Richard James;佐治亚大学的研究人员Alireza Fali和Yohannes Abate;纽约城市大学的研究人员Michele Cotrufo和Andrea Alu;以及阿贡国家实验室的研究人员金钟宇和菲利普·j·瑞安。

这项研究主要由国家科学基金会(NSF)和空军科学研究办公室(AFOSR)提供资金,明尼苏达大学环境研究所、挪威百年主席项目和两项Vannevar Bush教员奖学金提供额外支持。明尼苏达大学有关薄膜表征的工作得到了美国能源部的支持。部分研究是在明尼苏达纳米中心和明尼苏达大学的表征设施进行的,部分由国家科学基金会资助。额外的工作在先进光子源完成,这是美国能源部科学办公室的科学用户设施,由阿贡国家实验室运营。

是第一个评论关于“创造自组装超材料的突破性一步新工艺”

发表评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。