[ad_1]

تصویر

تصویر: دانشجوی دکتری دانشگاه ییل ، ​​کریستوف توت (تصویر بالا) با ابزار رسوب الکترواسپری که با همکاری دانشمند کارمند ، گریگوری دورک از مرکز آزمایشگاه بروخاون برای طراحی ، ساخت و تأیید کرد … بیشتر

اعتبار: آزمایشگاه ملی بروخاون

UPTON، NY – مخلوط کردن یک استراتژی قدرتمند برای بهبود عملکرد الکترونیک ، پوشش ها ، غشاهای جداسازی و سایر مواد کاربردی است. به عنوان مثال ، سلولهای خورشیدی و LED با بازده بالا با بهینه سازی مخلوط اجزای آلی و غیرآلی تولید می شوند.

یافتن ترکیب بهینه مخلوط برای بدست آوردن خصوصیات مورد نظر به طور سنتی مدت زیادی طول می کشد و با روند کار مغایرت دارد. دانشمندان تعداد زیادی از نمونه های منفرد با ترکیبات مختلف را یکی یکی ترکیب و مشخص می کنند و در نهایت داده های کافی را برای ایجاد “کتابخانه” مرکب جمع آوری می کنند. یک روش جایگزین سنتز یک نمونه واحد با یک شیب کامپوزیت است تا همه ترکیبات ممکن به یک باره مورد بررسی قرار گیرند. روشهای ترکیبی موجود برای مطالعات سریع ترکیب از نظر انواع مواد سازگار ، اندازه مراحل ترکیب ، یا تعداد اجزایی که باید مخلوط شوند محدود است (غالباً فقط دو).

برای غلبه بر این محدودیت ها ، تیمی از آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) ، دانشگاه ییل و دانشگاه پنسیلوانیا به تازگی اولین ابزار خودکار را برای رسوب فیلم کنترل شده دقیق که شامل حداکثر سه جز باشد ، ایجاد کردند. روی نمونه های افزایشی محلولهای هر یک از اجزا در پمپهای سرنگ بارگیری می شوند ، طبق یک “دستورالعمل” قابل برنامه ریزی مخلوط می شوند و به صورت قطرات کوچک بار الکتریکی روی سطح یک ماده پایه گرم به نام بستر پاشیده می شوند. با برنامه ریزی میزان دبی پمپ ها به عنوان یک مرحله زیر تغییر در موقعیت پایه ، کاربران می توانند شیب های مداوم در ترکیب را بدست آورند.

این تیم اکنون این ابزار را برای توصیف پراکندگی اشعه X با یک ابزار ساختاری ترکیب کرده است. این قابلیت ها در کنار هم بستری را برای کاوش در مورد چگونگی تغییر ساختار مواد در کل فضای ترکیب بندی ایجاد می کنند. دانشمندان این بستر را برای مخلوط فیلم نازكی از سه پلیمر – زنجیرهای ساخته شده از بلوك های سازنده مولكولی به هم پیوسته شده توسط پیوندهای شیمیایی – نشان داده اند كه برای مرتب سازی یا “مونتاژ” خود به خود در مقیاس نانومتر (میلیاردها متر) طراحی شده است. سکوی و نمایش آنها در مقاله ای که امروز در RSC Advances ، مجله ای از انجمن سلطنتی شیمی (RSC) منتشر شده ، شرح داده شده است.

خبرنگار گرگوری دورک ، دانشمند گروه الکترونیکی نانومواد در آزمایشگاه نانو مواد عملکردی بروخاون (CFN) گفت: “سیستم عامل ما زمان مطالعه وابستگی های ترکیبی پیچیده سیستم های مواد مخلوط را از چند ماه یا چند هفته کاهش می دهد.”

نویسنده اول ، کریستوف توت ، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی و محیط زیست در دانشگاه ییل گفت: “ما یک نمودار ریختشناختی با بیش از 200 اندازه گیری بر روی یک نمونه ساخته ایم که مانند این است که 200 نمونه را به روش معمول انجام دهیم.” “روش ما نه تنها زمان آماده سازی نمونه را کاهش می دهد ، بلکه خطای بین نمونه ها را نیز کاهش می دهد.”

این نمودار نحوه تغییر شکل و شکل های سیستم پلیمری مخلوط را در یک شیب ترکیب از 0 به 100 درصد نشان می دهد. در این حالت ، سیستم شامل یک پلیمر خود مونتاژ گسترده ای است که از دو بلوک جداگانه (PS-b-PMMA) و اجزای جداگانه این کوپلیمر بلوک یا هموپلیمرها (PS و PMMA) ساخته شده است. دانشمندان با استفاده از ابزار کاربرد الکترواسپری به طور متوالی “باند” های شیب یک بعدی با همه کوپلیمرهای بلوک در یک سر و تمام مخلوط های هموپلیمر در انتهای دیگر ایجاد کرده اند.

برای مشخص کردن ساختار ، تیم آزمایش های پراکندگی اشعه X با پراکندگی پرتو زاویه کم مواد پراکندگی مواد پیچیده (CMS) را انجام داده است ، که در مشارکت CFN Pri در منبع نور Synchrotron ملی Brookhaven II (NSLS-II) انجام می شود این روش پرتوی X با شدت بالا در سطح نمونه با زاویه بسیار کم انجام می شود. پرتو منعکس کننده نمونه در یک الگوی معمولی است ، و عکس هایی از ساختارهای مقیاس نانو با ترکیبات مختلف را در امتداد هر نوار پنج میلی متری فراهم می کند. از این تصاویر می توان شکل ، اندازه و ترتیب این ساختارها را تعیین کرد.

کوین جاگر ، رهبر گروه نانومواد الکترونیکی CFN ، گفت: “اشعه ایکس سینکروترون با شدت بالا به ما امکان می دهد در هر ثانیه از هر ترکیب عکس بگیریم و زمان کلی را برای نقشه برداری از نمودار مورفولوژیکی کاهش می دهیم.”

داده های پراکندگی اشعه ایکس هنگام تغییر ترکیب مخلوط ، ظاهر مورفولوژی های بسیار مرتب از انواع مختلف را نشان می دهد. به طور معمول کوپلیمرهای بلوکی به صورت استوانه ای مونتاژ می شوند. با این حال ، مخلوط شدن در هموپلیمرهای بسیار کوتاه منجر به تنظیم کره های خوب (افزایش مقدار PS) و ورق های عمودی (PMMA بیشتر) می شود. همچنین افزودن این هموپلیمرها بسته به نسبت PS به هموپلیمر PMMA میزان فرآیند خودآرایی را سه برابر یا سه برابر می کند. محققان برای پشتیبانی بیشتر از نتایج خود ، مطالعات تصویربرداری را با میکروسکوپ الکترونی روبشی در مرکز سنتز و توصیف مواد CFN انجام دادند.

اگرچه این تیم برای نمایش خود بر روی یک سیستم پلیمری خود مونتاژ متمرکز است ، اما می توان از این سیستم عامل برای مطالعه مخلوط مواد مختلف مانند پلیمرها ، نانوذرات و مولکول های کوچک استفاده کرد. کاربران همچنین می توانند اثرات مواد مختلف بستر ، ضخامت فیلم ، اندازه نقطه کانونی اشعه X و سایر شرایط پردازش و توصیف را مطالعه کنند.

Chinedum Osuji ، استاد رئیس مهندسی شیمی و بیومولکول ادواردو D. Glandt ، رئیس دانشگاه ، گفت: “این توانایی برای مطالعه طیف گسترده ای از پارامترهای ترکیبی و پردازشی ، به ایجاد سیستم های پیچیده ساختار نانو با ویژگی ها و ویژگی های بهبودیافته یا کاملا جدید اطلاع می دهد.” در پنسیلوانیا

در آینده ، دانشمندان امیدوارند که ابزاری نسل دوم ایجاد کنند که بتواند نمونه هایی با مخلوطی بیش از سه جز components ایجاد کند و با تعدادی از روشهای توصیف سازگار باشد – از جمله روشهای درجا برای گرفتن تغییرات مورفولوژیکی در هنگام رسوب الکترواسپری. .

دورک گفت: “سیستم عامل ما نشان دهنده یک پیشرفت عظیم در مقدار اطلاعاتی است که می توانید در یک فضای ترکیب بندی بدست آورید.” “در عرض چند روز ، کاربران می توانند با من در CFN و کارمندان همسایه NSLS-II برای ایجاد و توصیف سیستم های مخلوط خود کار کنند.”

جایگر افزود: “از بسیاری جهات ، این پلت فرم تکمیل کننده روشهای خودمختاری است که توسط دانشمندان CFN و NSLS-II برای شناسایی روند داده های آزمایشی توسعه یافته است.” “جفت شدن آنها با یکدیگر امکان تسریع چشمگیر تحقیقات در مورد ماده نرم را دارد.”

###

بودجه این کار توسط وزارت علوم DOE و بنیاد ملی علوم تأمین می شود. CFN و NSLS-II تسهیلات کاربری دفتر علوم DOE هستند.

امکانات CFN به طور رایگان در اختیار دانشمندان دانشگاه ها ، صنایع و آزمایشگاه های ملی در سراسر جهان قرار می گیرد. اگر می خواهید از ابزار جدید اسپری الکتریکی برای تحقیقات خود استفاده کنید ، پیشنهادی را ارائه دهید. آخرین مهلت 31 ژانویه 2021 است. اگر در مورد برنامه کمکی CFN س questionsالی دارید ، لطفاً با مدیر برنامه و CFN هماهنگ کننده روابط عمومی گریس وبستر با شماره تلفن (631) 344-3227 یا gwebster@bnl.gov تماس بگیرید. . برای س questionsال در مورد استفاده از امکانات CFN یا مشارکت با دانشمندان CFN ، لطفا با دستیار مدیر CFN برای مشارکت های استراتژیک Priscilla Antunez با شماره تلفن (631) 344-6186 یا pantunez@bnl.gov تماس بگیرید.

آزمایشگاه ملی بروخاون توسط وزارت علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دپارتمان علوم تنها بزرگترین حامی تحقیقات اساسی علوم فیزیکی در ایالات متحده است و در تلاش است تا برخی از مهمترین چالشهای زمان ما را برطرف کند. برای اطلاعات بیشتر به https مراجعه کنید: //انرژی.دولت /علوم پایه.

@ BrookhavenLab را در توییتر دنبال کنید یا ما را در فیس بوک پیدا کنید.

[ad_2]

منبع: kolah-news.ir