p (Phys.org) —Fazer revestimentos uniformes é um desafio comum de engenharia, e, ao trabalhar em nanoescala, mesmo as menores rachaduras ou defeitos podem ser um grande problema. Uma nova pesquisa de engenheiros da Universidade da Pensilvânia mostrou uma nova maneira de evitar essas rachaduras ao depositar filmes finos de nanopartículas. p A pesquisa foi liderada pelo estudante de graduação Jacob Prosser e o professor assistente Daeyeon Lee, ambos do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn. A estudante de graduação Teresa Brugarolas e o estudante de graduação Steven Lee, também de Engenharia Química e Biomolecular, e o professor Adam Nolte, do Instituto de Tecnologia Rose-Hulman, participaram da pesquisa.

p Seu trabalho foi publicado na revista Nano Letras .

p Para gerar um filme de nanopartículas, as partículas desejadas são suspensas em um líquido adequado, que é então espalhado fina e uniformemente sobre a superfície por meio de uma variedade de métodos físicos. O líquido pode então evaporar, mas, à medida que seca, o filme pode rachar como lama ao sol.

p "Um método para prevenir rachaduras é modificar a química da suspensão, colocando aditivos de ligação lá, "Prosser disse." Mas isso é essencialmente adicionar um novo material ao filme, o que pode arruinar suas propriedades. "

p Esse dilema é destacado no caso dos eletrodos, os pontos de contato em muitos dispositivos elétricos que transferem eletricidade. Dispositivos de última geração, como certos tipos de células solares, têm eletrodos compostos de filmes de nanopartículas que conduzem elétrons, mas rachaduras nos filmes atuam como isolantes. Adicionar um fichário aos filmes só aumentaria o problema.

p "Esses ligantes são geralmente polímeros, que são os próprios isolantes, "Lee disse." Se você usá-los, você não obterá a propriedade de destino, a condutividade, que você quer."

p Os engenheiros podem evitar rachaduras com métodos alternativos de secagem, mas estes envolvem temperaturas ou pressões ultra-altas e, portanto, equipamentos caros e complicados. Um método barato e eficiente para prevenir rachaduras seria uma benção para qualquer número de processos industriais.

p A onipresença do cracking neste contexto, Contudo, significa que os pesquisadores sabem a "espessura crítica de fissuração" para muitos materiais. A descoberta veio quando Prosser tentou fazer um filme mais fino do que esse limite, em seguida, empilhando-os para fazer um composto da espessura desejada.

p "Eu estava pensando em como, na pintura de edifícios e casas, várias camadas são usadas, "Prosser disse." Uma razão para isso é evitar rachaduras e descascamento. Achei que poderia funcionar para esses filmes também, então eu tentei. "

p "Esta é uma daquelas coisas em que, uma vez que você descobrir, "Lee disse, "é tão óbvio, mas, de alguma forma, esse método escapou de todo mundo durante todos esses anos. "

p Uma razão pela qual essa abordagem pode ter permanecido sem ser experimentada é que é contra-intuitivo que funcione.

p O método que os pesquisadores usaram para fazer os filmes é conhecido como "spin-coating". Uma quantidade precisa da suspensão de nanopartículas - neste caso, esferas de sílica na água - é espalhada sobre a superfície do alvo. A superfície é então girada rapidamente, fazendo com que a aceleração centrífuga afine a suspensão sobre a superfície em uma camada uniforme. A suspensão então seca com rotação contínua, fazendo com que a água evapore e deixando as esferas de sílica para trás em um arranjo compactado.

p Mas para fazer uma segunda camada sobre esta primeira, outra gota de suspensão líquida precisaria ser colocada nas nanopartículas secas, algo que normalmente os levaria embora. Contudo, os pesquisadores ficaram surpresos quando as camadas secas permaneceram intactas após o processo ser repetido 13 vezes; o mecanismo exato pelo qual permaneceram estáveis ​​é um mistério.

p “Acreditamos que as nanopartículas fiquem na superfície, "Lee disse, "porque ligações covalentes estão se formando entre eles, embora não os exponhamos a altas temperaturas. A inspiração para essa hipótese veio de nosso colega Rob Carpick. Natureza o papel era sobre como as superfícies de sílica-sílica formam ligações em temperatura ambiente; achamos que isso funcionará com outros tipos de óxidos de metal. "

p Pesquisas futuras serão necessárias para identificar esse mecanismo e aplicá-lo a novos tipos de nanopartículas.