دستیابی محققان به فرآیند جدید برای تولید غشای آزاد

به گزارش روز دوشنبه گروه علم و آموزش ایرنا، یک تیم از دانشمندان و مهندسان به سرپرستی دانشگاه توئین‌سینی مینسوتا در آمریکا، روش جدیدی را برای ساخت فیلم‌های نازک از نیمه‌هادی‌های اکسید پروسکیت ارائه کرد که می توانند در پاسخ به محرک‌هایی مانند نور، میدان‌های الکتریکی و میدان‌های مغناطیسی تغییر کنند.

این کشف به محققان این امکان را می‌دهد تا از این خصوصیات استفاده کنند و حتی آنها را با سایر مواد در مقیاس نانو ترکیب کنند و دستگاه‌های بهتری مانند حسگر، منسوجات هوشمند و الکترونیک انعطاف‌پذیر ایجاد کنند.

براساس گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، تولید مواد به شکل فیلم نازک، ادغام آنها را در اجزای کوچک تر برای دستگاه‌های الکترونیکی آسان‌تر می‌کند. بسیاری از فیلم‌های نازک با استفاده از روشی به نام اپیتاکسی ساخته شده اند که شامل قرار دادن اتم‌های یک ماده بر روی یک بستر است تا یک ورق نازک از مواد را ایجاد کند. با این حال، بیشتر فیلم‌های نازک ایجاد شده از طریق اپیتاکسی در بستر میزبان خود گیر می‌افتند و کاربردهای آن‌ها محدود می‌شوند. اگر فیلم نازک از بستر جدا شود تا به یک غشای آزاد تبدیل شود، بسیار کاربردی‌تر می‌شود.

این گروه تحقیقاتی روشی جدید برای ایجاد موفقیت‌آمیز غشایی از اکسید فلزی خاص-تیتانات استریتیوم-پیدا کرده است. روش آنها چندین مساله را دور می‌زند که در گذشته سنتز فیلم‌های اکسید فلزی آزاد را با چالش مواجه کرده است.

بهارات ژلان نویسنده ارشد این مقاله گفت: ما فرآیندی را ایجاد کرده‌ایم که می‌توانیم یک غشای آزاد از هر ماده اکسید ایجاد کنیم و سپس آن را به جای مورد نظر خود منتقل کنیم. ما می‌توانیم با ترکیب آنها با سایر مواد در مقیاس نانو، از عملکرد این مواد بهره مند شویم، که می‌تواند طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های بسیار کارآمد را امکان پذیر کند.

تهیه غشاهای آزاد از مواد اکسید هوشمند چالش برانگیز است زیرا اتم‌ها بر خلاف یک ماده دو بعدی مانند گرافن‌، در هر سه بعد پیوند می‌خورند. یکی از روش‌های ساخت غشاها در مواد اکسید استفاده از روشی به نام اپیتاکسی از راه دور است که از لایه‌ای از گرافن به‌عنوان واسطه بین بستر و مواد فیلم نازک استفاده می‌کند.

این روش به مواد اکسید فیلم نازک اجازه می‌دهد تا یک فیلم نازک را تشکیل دهد و مانند یک قطعه نوار، از بستر، لایه‌برداری شود و یک غشای آزاد ایجاد کند. با این حال، بزرگترین مانع استفاده از این روش با اکسیدهای فلزی این است که اکسیژن موجود در گرافن را اکسید می‌کند و نمونه را خراب می‌کند.

محققان با استفاده از اپیتاکسی پرتو مولکولی ترکیبی و استفاده از تیتانیوم که پیش از این به اکسیژن پیوند خورده بود، توانستند این مساله را حل کنند. همچنین روش آنها امکان کنترل خودکار استوکیومتری را فراهم می‌کند، به این معنی که می‌توانند به طور خودکار ترکیب را کنترل کنند.