Figura:(In alto) Foto che mostrano le impostazioni di rivestimento di rotazione utilizzate per rivestire una superficie di substrato con una sospensione colloidale di nanofogli di ossido di titanio. (In basso) Diagramma schematico che illustra il meccanismo di sintesi di un film monostrato composto da nanofogli ordinatamente piastrellati. Uno strato sottile della sospensione viene prima formato sulla superficie del substrato. Lo spessore dello strato viene poi gradualmente ridotto, che fa sì che i suoi colori di interferenza cambino. Lo strato alla fine si asciuga. Credito:Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali
Un gruppo di ricerca NIMS ha sviluppato una nuova tecnica per sintetizzare film monostrato composti da materiali bidimensionali ordinatamente piastrellati, come nanofogli di ossido e grafene, sulle superfici del substrato in appena un minuto.
Un gruppo di ricerca NIMS guidato da Takayoshi Sasaki ha sviluppato una nuova tecnica per sintetizzare film monostrato composti da materiali bidimensionali ordinatamente piastrellati, come nanofogli di ossido e grafene, sulle superfici del supporto in circa un minuto. La tecnica può facilitare la produzione industriale di vari dispositivi basati su nanofogli in quanto offre un'alternativa più semplice e veloce al convenzionale, complicate procedure di fabbricazione del film.
I materiali bidimensionali definitivi di spessore su scala atomica o molecolare, rappresentati da nanofogli di grafene e ossido, possiedono una serie di proprietà estremamente desiderabili (ad es. alta conducibilità, elevate proprietà dielettriche e catalitiche). Per questa ragione, il loro potenziale per portare innovazione tecnologica in una vasta gamma di campi, compresa l'elettronica, la tecnologia ambientale ed energetica è stata molto anticipata, rendendoli oggetto di attivi sforzi di ricerca e sviluppo in tutto il mondo. Molti materiali bidimensionali sono stati prodotti in forma colloidale (cioè, materiali in fogli con larghezze nell'ordine dei micrometri dispersi in soluzioni). Al fine di sfruttare appieno le proprietà di questi materiali per applicazioni di dispositivi, un primo passo importante è disporli in modo ordinato, come le carte da gioco, sulle superfici di vari materiali di base. In altre parole, è fondamentale sviluppare una tecnica per eliminare le lacune e le sovrapposizioni tra nanosheet disposti in film monostrato. Una volta che un film monostrato può essere sintetizzato con successo, sarà possibile sintetizzare film multistrato e film superreticolo ripetendo il processo di sintesi del film monostrato. Questo approccio potrebbe potenzialmente portare allo sviluppo di dispositivi con funzioni diverse. Attualmente, il metodo Langmuir-Blodgett (LB) viene generalmente utilizzato per sintetizzare monostrati composti da nanofogli ordinatamente piastrellati. Però, questo metodo non è pratico per la produzione su scala industriale in quanto richiede un'abile manipolazione e condizioni complesse. Inoltre, la fabbricazione di film con questo metodo richiede normalmente circa un'ora. A causa di questi problemi, vi è una forte domanda per lo sviluppo di sistemi più semplici, tecniche di fabbricazione del film più rapide e più pratiche dal punto di vista industriale.
Il gruppo di ricerca è riuscito a utilizzare una semplice procedura di rivestimento a rotazione per sintetizzare un film monostrato composto da nanofogli ordinatamente piastrellati in circa un minuto, molto più rapidamente del metodo LB. Nello specifico, il gruppo ha applicato una piccola quantità di una sospensione organica contenente nanofogli di ossido o grafene su una superficie del substrato e ha rivestito di spin il substrato a velocità di rotazione appropriate. La combinazione equilibrata della forza centrifuga generata dal substrato rotante e la forza esistente tra i nanofogli e la superficie del substrato impedisce ai nanofogli di sovrapporsi o formare spazi vuoti, con conseguente formazione di film monostrato lisci a livello atomico. Il gruppo ha inoltre confermato che la ripetizione di questa procedura di rivestimento consente di stratificare progressivamente i nanofogli in film multistrato; perciò, lo spessore del film può essere controllato con incrementi dello spessore del nanofoglio. Inoltre, il gruppo ha verificato che questa tecnica è applicabile a materiali bidimensionali che variano per composizione e struttura, e può essere utilizzato per fabbricare film sulle superfici di substrati di forma variabile, dimensione e materiale. Perciò, questa tecnica di fabbricazione del film può essere considerata molto versatile.
In questo studio, il gruppo è riuscito a sintetizzare film composti da nanofogli bidimensionali ordinatamente piastrellati utilizzando un meccanismo completamente nuovo. Da questo punto di vista, il risultato è prezioso e accademicamente nuovo. Inoltre, la tecnica consente la fabbricazione rapida e semplice di monostrati e multistrati composti da nanofogli ordinatamente piastrellati, un processo vitale nell'applicazione dei materiali a nanofogli. Perciò, lo sviluppo della tecnica può essere visto come una svolta nell'attuazione pratica della produzione industriale di dispositivi basati su nanofogli.
Parte di questo studio è stato sostenuto dal progetto MEXT Grant-in-Aid for a Scientific Research (A) dal titolo "Nuove funzioni pionieristiche di nanofogli inorganici bidimensionali formando eterostrutture multistrato".
Questo studio è stato pubblicato nella versione online di Progressi scientifici .
