تیمی از دانشمندان و مهندسین به سرپرستی دانشگاه مینه سوتا موفق به توسعه روشی جدید برای ساخت فیلم های نازک از نیمه رساناهای پروسکایت اکسیدی شده اند؛ دسته ای از مواد اولیه هوشمند با خصوصیات منحصر به فرد که می توانند در پاسخ به محرک هایی مانند نور، میدان های الکتریکی و مغناطیسی تغییر کنند.
به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، کشف جدید که بودجه آن توسط دپارتمان انرژی و دفتر نیروی هوایی بنیاد ملی علوم و تحقیقات علمی تامین شده به محققان این امکان را می دهد تا بتوانند خصوصیات فوق را تحت کنترل خود درآورند. آن ها همچنین می توانند این مواد را با سایر مواد اولیه نوظهور در مقیاس نانو تلفیق و ابزار بهتری شامل سنسورها، منسوجات هوشمند و اجزای الکترونیکی انعطاف پذیر خلق کنند.
بهارات جالان، استاد دپارتمان مهندسی شیمی و علوم مواد دانشگاه مینه سوتا می گوید: "ما فرایندی را خلق کرده ایم که با استفاده از آن می توان از تقریبا هر ماده اولیه اکسیدی یک غشای مستقل درست کرد، آن را به صورت ورقه ورقه درآورد و بر روی جسم مورد نظر منتقل نمود. می توان با بهره گیری از کارکرد مواد اولیه جدید از طریق ترکیب آن با سایر مواد اولیه در مقیاس نانو به طیف گسترده ای از ابزار با عملکرد و اثربخشی بالا دست پیدا کرد."
تولید مواد اولیه به صورت فیلم های نازک استفاده از آن را بر روی اجزای کوچک تر مورد استفاده در ابزار الکترونیکی ساده تر می کند. بسیاری از فیلم های نازک با روشی تحت عنوان اپیتکسی یا رونشانی تهیه می شوند که شامل قرار دادن اتم های ماده اولیه بر روی یک زیرلایه برای ایجاد ورقه ای نازک از ماده اولیه و در واقع یک لایه اتمی می باشد.
با این حال بر اساس تحقیقات صورت گرفته توسط محققان دانشگاه مینه سوتا بیشتر فیلم های ایجاد شده به این روش درون زیرلایه ای که بر روی آن قرار می گیرند، گیر می افتند که باعث ایجاد محدودیت در استفاده از آن ها می شود. اگر این فیلم نازک از زیرلایه خود جدا شود و به صورت یک غشای مستقل درآید، کاربردی تر خواهد بود.
ساخت غشاهای مستقل از مواد اولیه اکسیدی "هوشمند" چالش برانگیز است چون برخلاف مواد اولیه دوبعدی مانند گرافین اتم ها در هر سه بعد به یکدیگر متصل هستند.
یکی از روش های ساخت غشاها در مواداولیه اکسیدی روش اپیتکسی از راه دور است. در این روش از یک لایه گرافین به عنوان یک واسط بین زیرلایه و فیلم استفاده می شود.
با این روش امکان شکل گیری فیلم نازک و جدا شدن آن مانند یک تکه نواری شکل از زیرلایه و تشکیل غشای مستقل وجود دارد. با این حال مهم ترین مانع به کارگیری این روش در اکسیدهای فلزی این است که اکسیژن موجود در ماده اولیه در تماس با گرافین باعث اکسید شدن گرافین و خراب شدن نمونه می شود.
محققان موفق شدند با به کارگیری اپیتکسی به روش پرتو ملکولی و استفاده از تیتانیوم که به اکسیژن متصل است این مشکل را حل کنند.
علاوه بر آن با این روش امکان کنترل استوکیومتریک خودکار وجود دارد به این معنا که می توان ترکیب مورد نظر را به طور خودکار کنترل کرد. جالان می گوید: "ما برای نخستین بار با انجام چندین آزمایش انحصاری نشان دادیم که روشی جدید در اختیار داریم که با استفاده از آن می توان بدون اکسیده شدن گرافین اکسیدهای پیچیده ای را ایجاد کرد. این یک نقطه عطف مهم در علم سنتز به شمار می رود. ما در حال حاضر روشی برای ایجاد این غشاهای اکسیدی پیچیده با امکان کنترل خودکار استوکیومتریک در اختیار داریم. این امکان تا پیش از این فراهم نبود."
این اکسیدهای پیچیده طیف گسترده ای از مواد اولیه را شامل می شوند که ذاتا دارای خواص کارکردی متعددی می باشند. می توان از این مواد در ساخت ترانزیستورهای کوچک مورد استفاده در ابزار الکترونیکی و موارد بسیار دیگری نظیر سنسورهای انعطاف پذیر، منسوجات هوشمند و حافظه های غیرفرار استفاده کرد.