Инженеры Университета Райса разрабатывают технологию хранения, которая сохраняет наноповерхности чистыми

Feb 14, 2024

Инженеры Университета Райса создали контейнеры, которые могут предотвращать накопление летучих органических соединений (ЛОС) на поверхностях хранящихся наноматериалов. Портативная и недорогая технология хранения решает повсеместную проблему в лабораториях нанопроизводства и материаловедения и описана в статье, опубликованной на этой неделе в журнал Американского химического общества Nano Letters. «ЛОС находятся в воздухе, который окружает нас каждый день», — сказал автор исследования Дэниел Престон, доцент кафедры машиностроения Райс. «Они цепляются за поверхности и образуют покрытие, в основном из углерода. Вы не можете увидеть эти слои 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 и канцелярские товары и товары 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, доктор философии .Д. Студент 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 может даже 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 доступными для ЛОС в воздухе, находящемся внутри контейнеров, когда они запечатаны. «Текстурирование позволяет внутренней стенке контейнера действовать как «жертвенный» материал», — сказал Лю сказал. «ЛОС притягиваются к поверхности стенок контейнера, что позволяет другим предметам, хранящимся внутри, оставаться чистыми». Она сказала, 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 опиралась на свои эксперименты, разработка теоретической модели, точно характеризующей происходящее внутри контейнеров. Престон сказал, что модель позволит им усовершенствовать свои конструкции и оптимизировать производительность системы в будущем. Исследование было поддержано Управлением по совместному использованию оборудования Райса, Академией стипендиатов Университета Райса, Программой повышения квалификации береговой охраны США и стипендией «Инновации в зданиях». от Министерства энергетики (DE-SC0014664).