根據(jù)一項新研究,油在水面上的自發(fā)大面積擴散激發(fā)了為未來的傳感器/能源設(shè)備制作導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的便捷的節(jié)能途徑。油和水不能混合,但在油和水相遇的地方會發(fā)生什么?或者空氣與液體相遇的地方?在這些界面上會發(fā)生獨特的反應(yīng),一個位于日本的研究小組利用這些反應(yīng)首次成功構(gòu)建了下一代傳感器和能源生產(chǎn)技術(shù)所需的均勻的導(dǎo)電納米片。
來自大阪府立大學(xué)、日本同步輻射研究所和東京大學(xué)的科學(xué)家們于今天(10月28日)在《ACS應(yīng)用材料與界面》上發(fā)表了他們的研究成果。
“我們早就知道油在水的表面形成了一個大而均勻的薄膜--理解和利用這一熟悉的現(xiàn)象可以帶來節(jié)能的過程,”通訊作者,大阪府立大學(xué)材料科學(xué)系副教授Rie Makiura說?!巴ㄟ^利用類似界面的原材料組合,我們成功地創(chuàng)造了具有先進的三維納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電功能材料。”
這些材料是金屬-有機框架材料(MOFs),它們是微孔的,由金屬離子和有機連接物組成,具有高度的組織性。據(jù)Makiura說,MOFs從納米技術(shù)到生命科學(xué)都有無數(shù)的潛在應(yīng)用,但是一個未實現(xiàn)的特性使它們無法實現(xiàn)使用--大多數(shù)制造的MOFs不能很好地導(dǎo)電。
Makiura說:“為了在傳感器和能源設(shè)備等應(yīng)用中利用導(dǎo)電MOFs的卓越特性,制造和整合具有確定孔徑、良好控制的生長方向和薄膜厚度的超薄薄膜是必要的,并且一直在積極尋求?!?/p>
以前的大多數(shù)MOF薄膜開發(fā)涉及從較大的晶體中剝離薄膜層并將其置于基底上。然而,根據(jù)Makiura的說法,這個過程很復(fù)雜,而且往往導(dǎo)致厚而不均勻的薄膜,導(dǎo)電性不高。為了開發(fā)超薄和均勻的導(dǎo)電納米片,她和她的團隊決定改變這種方法。
他們開始在金屬離子的水溶液上涂抹含有有機連接劑的溶液。一旦接觸,這些物質(zhì)開始以六邊形排列組裝它們的組件。在一個小時內(nèi),這種排列繼續(xù)進行,因為在液體和空氣相遇的地方形成了納米片。在完成納米片的形成后,研究人員使用兩個屏障將納米片壓縮成更密集和連續(xù)的狀態(tài)。
Makiura說,這是一種簡化的方法,可以生產(chǎn)出具有高度組織化晶體結(jié)構(gòu)的令人難以置信的薄納米片。研究人員通過顯微鏡和X射線晶體學(xué)分析證實了這種均勻的結(jié)構(gòu)??梢暬木o密有序的晶體也表明了該材料的電性能,因為晶體在每個片中都是均勻接觸的,這也有利于片之間的緊密接觸。研究人員通過將納米片轉(zhuǎn)移到硅襯底上,加入金電極并測量導(dǎo)電性來測試這一點。
研究作者Takashi Ohata說:“盡管評估超薄薄膜并不容易,但當我們能夠證明它具有三維納米結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性時,我們感到很高興?!?/p>
研究人員現(xiàn)在正在研究各種參數(shù)如何影響納米片的形態(tài),目的是開發(fā)一種可控制和可調(diào)整的方法,以創(chuàng)建具有目標電子特性的高質(zhì)量納米片。
Makiura說:“我們在空氣/液體界面自下而上地將合適的分子構(gòu)件組裝成一個擴展架構(gòu),實現(xiàn)了完美定向、導(dǎo)電的晶體納米片的創(chuàng)建。這項新發(fā)現(xiàn)進一步增強了空氣/液體界面合成的潛力,可以創(chuàng)造出各種各樣的納米片,真正用于許多潛在的應(yīng)用,包括用于能源創(chuàng)造裝置和催化劑?!?/p>