Низкотехнологичный способ производства высокотехнологичных материалов

Исследователь Amolef Кристиан ван Кампенхаут нашел простой способ создать материал с регулярным рисунком кристаллических полос. Это может помочь производить оптику, электронику или датчики легко и с минимальными затратами.

Рисунок, образованный кристаллами, не случаен. С помощью простой настройки исследователи могут точно контролировать полосы пропускания и расстояния между ними.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Ван Кампенхаут проводит свои исследования в группе самоорганизующихся материалов под руководством Вима Нордуина в сотрудничестве с группой механических материалов под руководством Мартина ван Хекке. Цель состоит в том, чтобы открыть простые, вдохновленные природой способы создания таких ингредиентов. «В природе повсюду можно найти регулярные узоры, от полосок зебры до узоров на крыле бабочки. Мы хотим использовать самоорганизующуюся, биологически вдохновленную стратегию для создания высокотехнологичных материалов. Это исследование — хороший шаг в этом направлении». ”

Проще говоря, опыт и результаты потрясающие. Пластиковый лист выглядит довольно обыкновенно благодаря коричневому цвету. Однако, когда лазерный луч проходит через него, он создает узор из точек на другой стороне: результат узких, правильных полос кристаллов, встроенных в пластик, невидимых невооруженным глазом. Этот точный контроль над созданием рисунка для электроники обычно требует дорогих и сложных методов, таких как литография.

Погружение вместо сокращения

Кристаллы в модели создаются в результате химической реакции между веществом в геле (которое затвердевает в пластиковой пластине после эксперимента) и веществом в растворе, которое диффундирует в гель. Уже было известно образование кристаллических полос в результате так называемой реакции — процесса диффузии. В прошлом году исследователи опубликовали статью, показывающую, что они могут создать обычную лентовидную структуру, немного сжав гель, и это наблюдение заставило их задуматься: а не проще ли это, чем сжатие? «Мы заметили, что уровень жидкости и место реакции в геле остаются на одинаковом расстоянии во время усадки. Это приводит к нормальной ленточной структуре. Мы думали, что сможем добиться того же результата, постепенно погружая гель в жидкость, а не позволяя диффундировать в гель», — объясняет ван Кампенхаут. Эта простая установка сразу же сработала, к большому удовольствию Ван Кампенхаута: «Это мой любимый вид исследования: не анализировать слишком много, а подумать: нельзя ли что-то проще? И тогда это сработает». Процесс получил название R-DIP: Гравировка.Погружение контролируется взаимодействием и диффузией.

[lees verder na de video]

Вскоре стало ясно, что расстояние между шинами зависит от скорости повышения уровня жидкости. Чем быстрее вы погружаете гель в жидкость, тем ближе друг к другу будут полосы. Первоначально расстояние между полосами составляло 200 мкм (0,2 мм) с разницей всего в 6 мкм. В настоящее время наименьшая ширина запрещенной зоны составляет 7 мкм. «Для многих интересных приложений необходимо, чтобы полосы были ближе друг к другу, примерно на 0,2 микрометра или меньше», — говорит Ван Кампенхаут. Исследования будут сосредоточены на достижении этой цели в ближайшем будущем.

Ван Кампенхаут также показал, что метод масштабируемый: он работает с листом бумаги формата А4. «Это указывает на то, что он подходит для массового производства, метод уже используется для крупномасштабного производства электроники». Кроме того, можно обмотать несколько листов бумаги ленточками, каждую из которых слегка закрутить. «Это позволяет нам создавать поляризационную пленку для таких предметов, как солнцезащитные очки и контактные линзы».

Высокочувствительный датчик давления

Другое применение — сверхчувствительный датчик давления. Укладка двух слоев параллельно друг другу создает муаровый узор, который меняется при легком прижатии слоев друг к другу. Невооруженным глазом можно увидеть изменение при сжатии геля на 20 мкм. В ближайшем будущем Ван Кампенхаут исследует, можно ли изменить состав шин с помощью химических модификаций, чтобы сделать их более подходящими для практического применения. Этого можно достичь с помощью ранее разработанных группой Нордвина методов превращения карбоната кальция в полупроводник. Кроме того, пленки похожи на фотопленки, а соли серебра также способствуют цвету и контрасту. «Мы изучаем, можем ли мы применить химические знания, полученные в области обработки изображений, для разработки пленок для других целей».