Các nhà nghiên cứu phát triển được phương pháp mới có thể lập trình tổ chức hạt nano bên trong các màng mỏng polymer

Hình ảnh minh họa tổ chức hạt nano có trật tự được tạo ra từ phương pháp SCPINS mới. nó có thể ứng dụng cho nhiều mẫu hình học khác nhau và các hợp chất hạt khác nhau.

Một nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu Trường Đại học Akron (UA) cho thấy, việc điều chỉnh kiểm soát tổ chức của các hạt nano thành các mẫu trong các màng polymer siêu mỏng có thể dùng entropi thay vì dùng chất hóa học. Màng mỏng polymer được sử dụng trong hàng loạt các ứng dụng công nghệ như sơn, dầu nhờn và chất kết dính.

Alamgir Karim, giáo sư, tiến sỹ Kỹ thuật Polymer, Công ty Cao su Goodyear Tire, UA và tiến sỹ Ren Zhang, sinh viên của Karim đã phát triển thành công một phương pháp độc đáo đó là phương pháp tách hạt nano (soft-confinement pattern-induced nanoparticle segregation, SCPINS) để chế tạo các màng mỏng vật liệu cấu trúc nano polymer có các tổ chức hạt nano được kiểm soát tốt với kích thước hạt siêu hiển vi (hạt không thấy được dưới kính hiển vi). Phương pháp mới này có thể kiểm soát một nhóm tổ chức của bất kỳ loại hạt nano nào vào bên trong các mẫu trong các màng mỏng này. Điều này rất hữu ích cho các ứng dụng bao gồm cảm biến, mạch điện sợi dây nano hoặc các lưới nhiễu xạ, xử lý nhiệt và hấp thụ UV. Công trình nghiên cứu này mới đây đã được công bố trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences -PNAS).

Bằng trực giác cho thấy, entropi có liên quan đến các nhiễu loạn của hệ thống nào đó. Tuy nhiên, đối với các chất keo, hệ thống có thể trải qua quá trình chuyển đổi làm gia tăng cả entropi và bậc hiển thị. Lấy cảm hứng từ quan sát này, Karim và Zhang đã nghiên cứu được vai trò của entropi trong các tổ chức định hướng của các hạt nano ghép polymer (PGNPs) trong các màng mỏng polymer. Bằng cách tạo dấu đơn giản các màng mỏng hỗn hợp thành các vùng cấu trúc rãnh theo mẫu, các hạt nano sẽ tự động làm giầu các cấu trúc, hình thành các cấu trúc vi thể có họa tiết trùng khớp với mẫu topographic. Sự phân tách chọn lọc PGNPs do entropi gây nên là nhờ sự biến đổi cấu trúc chuỗi ghép trong các vùng cấu trúc rãnh siêu mỏng.

Đây là lần đầu tiên đã tạo ra được tổ chức không gian của các hạt nano đúng như mong muốn bằng các mẫu topographic gây hiệu ứng ức chế entropi mà không cần nhờ các chất hóa học điều chỉnh sự tương tác enthalpic. Phương pháp SCPINS này có thể ứng dụng để tổng hợp các hạt bất định và các pattern hình học. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng có thể mở rộng ứng dụng đối với các hệ thống hạt đa thành phần do đó nó rất có tiềm năng ứng dụng cho ngành công nghệ vật liệu nano như thiết bị điện tử nano và hệ thống chế tạo (plasmonic). 

Theo Vista.gov.vn