Nowe techniki przystosowywania nanomateriałów
Dzięki ekstremalnie małym rozmiarom, materiały nanostrukturalne są podstawowymi elementami budulcowymi umożliwiającymi wytwarzanie złożonych urządzeń o określonych funkcjach. Fizyczne lub chemiczne manipulowanie nimi pozwala na zastosowanie ich w różnych dziedzinach, na przykład w elektronice czy energetyce. W ramach projektu NANEL (Functional ordered nanomaterials via electrochemical routes in non-aqueous electrolytes) międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał zamiast roztworów wodnych sole topione w temperaturze pokojowej oraz ciecze jonowe w celu funkcjonalizacji nanomateriałów. Wykorzystanie roztworów niewodnych powoduje, że niektóre materiały nabierają wielu interesujących właściwości. Chodzi tu między innymi o materiały, które nie są rozpuszczalne w wodzie i które nie mogą być osadzane elektrochemicznie ze względu na stosunkowo wąskie okno elektrochemiczne wody. Zespół badawczy opracował funkcjonalne porowate tlenki anodowe, w tym tlenki glinu i tytanu. W tym celu uczeni dokładnie zbadali metody tworzenia wysoce uporządkowanych nanoporowatych szablonów oraz mechanizmy elektroosadzania niewodnych elektrolitów. W pionierskich testach osadzili jony cieczy jonowej na porowatym szablonie z tlenku glinu, wyhodowanym na podłożu z glinu, bez całkowitego usuwania warstwy barierowej. Ważnym zadaniem było modelowanie i symulacja nukleacji elektrochemicznej i wzrostu różnych nanostruktur. Nowo opracowany model oparty na transporcie wielu jonów i reakcjach pomógł w opisaniu zjawiska zachodzącego podczas osadzania jonów. Dzięki odpowiedniej obróbce w temperaturach bliskich temperaturze topnienia metalowe nanoprzewody są prekursorami do hodowania półprzewodzących nanoprzewodów. Właściwości dotyczące topnienia struktur metalowych w tlenkowych szablonach jest zatem jednym z kluczowych parametrów dla następującego później procesu konwersji. Z tego powodu uczeni przeanalizowali wpływ naprężeń mechanicznych powstających podczas nagrzewania na temperaturę topnienia metalowych nanoprzewodów osadzanych na porach tlenku glinu. Zgodnie z wynikami ich badań, dochodzi do powstawania ekstremalnie wysokiego lokalnego naprężenia ściskającego ze względu na różnice współczynników rozszerzalności cieplnej szablonu tlenkowego i nanoprzewodów wewnątrz porów. Innym osiągnięciem jest synteza nanocząsteczek tlenków magnetycznych i mieszanych związków siarkowych do zastosowania, odpowiednio, w czujnikach i ogniwach słonecznych. Rezultaty projektu były prezentowane w publikacjach na łamach 16 czasopism naukowych, a także na licznych międzynarodowych konferencjach. Ponadto zorganizowano warsztaty, podczas których informowano o prowadzonych badaniach, umacniając w ten sposób współpracę między badaczami.
Słowa kluczowe
Nanomateriały, nanomateriały funkcjonalne, elektrochemiczne, wodne, elektrolity
