Behälter verhindern die lästige Beschichtung von Nanomaterialien

Mar 27, 2024

Oben: Behälter, die verhindern können, dass sich flüchtige organische Verbindungen auf den Oberflächen gelagerter Nanomaterialien ansammeln. (Quelle: Gustavo Raskosky/Rice)

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Neue Behälter können verhindern, dass sich flüchtige organische Verbindungen (VOCs) auf den Oberflächen gelagerter Nanomaterialien ansammeln.

Die tragbare und kostengünstige Speichertechnologie befasst sich mit einem allgegenwärtigen Problem in Nanofertigungs- und Materialwissenschaftslabors, erscheint in der Zeitschrift Nano Letters.

„VOCs befinden sich jeden Tag in der Luft, die uns umgibt“, sagt der korrespondierende Autor der Studie, Daniel Preston, Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau der Rice University. „Sie haften an Oberflächen und bilden eine Schicht, hauptsächlich aus Kohlenstoff. Mit bloßem Auge kann man diese Schichten nicht erkennen, aber sie bilden sich oft innerhalb von Minuten auf praktisch jeder Oberfläche, die der Luft ausgesetzt ist.“

VOCs sind kohlenstoffbasierte Moleküle, die von vielen gängigen Produkten emittiert werden, darunter Reinigungsflüssigkeiten, Farben sowie Büro- und Bastelbedarf. Sie reichern sich in Innenräumen in besonders hohen Konzentrationen an, und die dünnen Kohlenstoffschichten, die sie auf Oberflächen ablagern, können industrielle Nanofabrikationsprozesse behindern, die Genauigkeit mikrofluidischer Testkits einschränken und bei Wissenschaftlern, die Grundlagenforschung an Oberflächen betreiben, Verwirrung stiften.

Um das Problem anzugehen, entwickelte der Doktorand und Studienleiter Zhen Liu zusammen mit Preston und anderen aus seinem Labor einen neuen Typ von Aufbewahrungsbehältern, der Gegenstände sauber hält. Experimente zeigten, dass ihr Ansatz eine Oberflächenkontamination für mindestens sechs Wochen wirksam verhinderte und sogar VOC-abgelagerte Schichten von zuvor kontaminierten Oberflächen entfernen konnte.

Die Technologie basiert auf einer ultrareinen Wand im Inneren des Behälters. Die Oberfläche der Innenwand ist mit winzigen Unebenheiten und Vertiefungen versehen, deren Größe von einigen Millionstel bis zu einigen Milliardstel Metern reicht. Die mikroskopischen und nanoskopischen Unvollkommenheiten vergrößern die Oberfläche der Wand und machen so mehr Metallatome für VOCs in der Luft verfügbar, die sich in den versiegelten Behältern befindet.

„Durch die Texturierung kann die Innenwand des Behälters als ‚Opfermaterial‘ fungieren“, sagt Liu. „VOCs werden an die Oberfläche der Behälterwand gezogen, wodurch andere darin gelagerte Gegenstände sauber bleiben.“

Sie sagt, die Idee, eine große vorgereinigte Oberfläche zur Ansammlung von Schadstoffen zu nutzen, sei vor 50 Jahren vorgeschlagen worden, aber weitgehend unbeachtet geblieben. Sie und ihre Kollegen verbesserten die Idee mit modernen Methoden zur Reinigung und Nanotexturierung von Oberflächen. Durch eine Reihe von Experimenten zeigten sie, dass ihr Ansatz die Beschichtung der Oberflächen gelagerter Materialien durch flüchtige organische Verbindungen besser verhindern konnte als andere Ansätze, darunter versiegelte Petrischalen und hochmoderne Vakuumexsikkatoren.

Prestons Gruppe baute auf ihren Experimenten auf und entwickelte ein theoretisches Modell, das genau charakterisierte, was in den Behältern geschah. Laut Preston wird das Modell es ihnen ermöglichen, ihre Designs in Zukunft zu verfeinern und die Systemleistung zu optimieren.

Die Forschung wurde von der Shared Equipment Authority von Rice, der Rice University Academy of Fellows, dem Advanced Education Program der US-Küstenwache und dem Energieministerium unterstützt.

Quelle: Rice University

Original-Studien-DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00626

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