Контейнеры защищают наноматериалы от надоедливого покрытия

Mar 27, 2024

Вверху: контейнеры, которые могут препятствовать накоплению летучих органических соединений на поверхностях хранящихся наноматериалов. (Фото: Густаво Раскоски/Райс)

Вы можете поделиться этой статьей в соответствии с лицензией Attribution 4.0 International.

Новые контейнеры могут предотвратить накопление летучих органических соединений (ЛОС) на поверхностях хранящихся наноматериалов.

Портативная и недорогая технология хранения данных решает повсеместную проблему в нанопроизводстве и лабораториях материаловедения, о чем говорится в журнале Nano Letters.

«ЛОС находятся в воздухе, который окружает нас каждый день», — говорит автор исследования Дэниел Престон, доцент кафедры машиностроения Университета Райса. «Они цепляются за поверхности и образуют покрытие, в основном из углерода. Эти слои невозможно увидеть невооруженным глазом, но они формируются, часто в течение нескольких минут, практически на любой поверхности, подвергающейся воздействию воздуха».

ЛОС — это молекулы на основе углерода, которые выделяются из многих распространенных продуктов, включая чистящие жидкости, краски, канцелярские товары и принадлежности для рукоделия. Они накапливаются в помещении в особенно высоких концентрациях, а тонкие слои углеродного мусора, которые они оставляют на поверхностях, могут препятствовать промышленным процессам нанопроизводства, ограничивать точность наборов для микрофлюидного тестирования и вводить в замешательство ученых, которые проводят фундаментальные исследования поверхностей.

Чтобы решить эту проблему, аспирант и ведущий автор исследования Чжэнь Лю вместе с Престоном и другими сотрудниками его лаборатории разработали новый тип контейнера для хранения, который сохраняет предметы в чистоте. Эксперименты показали, что ее подход эффективно предотвращает загрязнение поверхности в течение как минимум шести недель и даже может очистить слои, отложенные ЛОС, с ранее загрязненных поверхностей.

Технология основана на сверхчистой стенке внутри контейнера. Поверхность внутренней стены украшена мелкими неровностями и выемками размером от нескольких миллионных до нескольких миллиардных долей метра. Микроскопические и наноскопические дефекты увеличивают площадь поверхности стенки, делая больше атомов металла доступным для ЛОС в воздухе, который находится внутри контейнеров, когда они запечатаны.

«Текстурирование позволяет внутренней стенке контейнера действовать как «жертвенный» материал», — говорит Лю. «ЛОС вытягиваются на поверхность стенок контейнера, что позволяет другим предметам, хранящимся внутри, оставаться чистыми».

Она говорит, что идея использования большой предварительно очищенной поверхности для накопления загрязняющих веществ была предложена 50 лет назад, но осталась практически незамеченной. Она и ее коллеги усовершенствовали эту идею с помощью современных методов очистки и нанотекстурирования поверхностей. С помощью серии экспериментов они показали, что их подход лучше предотвращает попадание ЛОС на поверхности хранящихся материалов, чем другие подходы, включая герметичные чашки Петри и современные вакуумные эксикаторы.

Группа Престона, опираясь на свои эксперименты, разработала теоретическую модель, которая точно описывала то, что происходило внутри контейнеров. Престон говорит, что эта модель позволит им усовершенствовать свои конструкции и оптимизировать производительность системы в будущем.

Исследование проводилось при поддержке Управления совместного использования оборудования Райса, Академии стипендиатов Университета Райса, Программы повышения квалификации береговой охраны США и Министерства энергетики.

Источник: Университет Райса.

DOI оригинального исследования: 10.1021/acs.nanolett.3c00626.

Добавьте свою информацию ниже, чтобы получать ежедневные обновления.