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微电子、电池及医疗领域均将受益!“神奇”溶剂创造更强薄膜

据报道,一种全干式聚合新技术可以使用反应性蒸汽来制造具有增强性能的薄膜,例如在机械强度、动力和形态等方面。

与传统的高温或基于溶液的制造工艺相比,新合成过程对环境要求更温和,可以改进微电子、先进电池和治疗学的聚合物涂层。

美国康奈尔大学工程学院教授Rong Yang说,“这种可扩展的化学气相沉积聚合技术使我们能够制造新材料,而无需重新设计或改造整个化学反应过程。我们只是简单地添加一种‘活性’溶剂,就可以做很多以前做不到的事情。”

化学气相沉积(CVD)是半导体制造和计算机微芯片生产中用于制造无缺陷无机纳米层材料的常用工艺。由于该过程需要将材料加热到数千度,因此有机聚合物的效果不太理想。尽管科学界已经为此开发出了对应的低温技术,但也具有局限性。

在这项新研究中,研究人员试图通过借鉴传统溶液合成的概念,来开发一种不同的方法来使CVD聚合物多样化:使用一种“神奇”溶剂,即惰性蒸汽分子,它不会被纳入最终材料,而是与前驱体相互作用,在室温下产生新的材料性能。

Yang说,“这是一种古老的化学物质,但具有新的特点,在这种情况下,溶剂通过氢键与常见的CVD单体相互作用。这是一种新颖的机制,我们正基于此开发一种强大且可推广的溶剂化工程科学。”这项研究成果已于近期发表在了《自然合成》(Nature Synthesis)杂志上。

具体而言,科学界们在分子尺度上区分了不同溶剂的影响,以研究哪种溶剂分子更倾向于与单体结合,并最终筛选出最适合的溶剂。他们发现,溶剂化机制不仅增强了材料,还会使聚合物涂层生长得更快,并改变其形态。

据悉,这种方法现在可以应用于各种甲基丙烯酸酯和乙烯基单体——基本上任何带有聚合物涂层的东西,例如微电子中的介电材料、船体中的防污涂层以及废水处理中能够净化的分离膜。该技术还可以让研究人员控制药物产品的渗透性,以控制药物释放。

“这为材料设计增加了一个新的维度。你可以想象各种各样的溶剂都可以和单体形成氢键,并以不同的方式控制反应动力。或者你可以让溶剂分子永久地融入到你的材料中,如果你正确设计分子间相互作用的话,”Yang说,“有了这个额外的自由度,未来还有很多东西可以探索。”