2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, um schnell winzige dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Dazu scheiden die Forscher winzige Tröpfchen ab, die nanoskalige Silberpartikel enthalten. Die Arbeit der Wissenschaftler wird in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Nanomaterialien mit dreidimensionaler Architektur sind aufgrund ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften für Forscher von großem Interesse und können zur Herstellung von medizinischen Implantaten, porösen Membranen, Superkondensatoren und in vielen anderen Bereichen verwendet werden. Wissenschaftler verwenden in ihrer Herstellung verschiedene Technologien, wie beispielsweise die Projektions-Mikrostereolithographie, benötigen jedoch in der Regel die Herstellung einer Polymerbasis, die dabei entfernt wird, was zur Bildung von unerwünschtem Abfall führt.
Um diesen Nachteil zu umgehen, schlugen die Autoren der neuen Arbeit vor, eine Ethylenglykollösung zu verwenden, die winzige Silberpartikel mit einer Größe von 20 bis 40 Nanometern enthält. Mit Hilfe der Aerosol-Drucktechnologie (Aerosol Jet) verwandeln die Forscher die Lösung in kleine Tröpfchen, die mit Stickstoffgas vermischt (also einfach in ein Aerosol umgewandelt werden) und dann zum Druckkopf geschickt werden. Die resultierende Mischung wird in Form eines Strahls zugeführt, mit dessen Hilfe dreidimensionale Strukturen gedruckt werden. Dann verdampft Ethylenglykol sehr schnell und es bleibt eine feste Nanostruktur zurück, die dann zusätzlich eingebrannt wird.
Inspiriert wurden die Forscher vom natürlichen Entstehungsprozess der „Sandrosen“in Afrika. Wenn Niederschlag über die Wüste fällt, wird Wasser sofort vom Sand absorbiert. Sind die Sande reich an Gips, werden die Bestandteile dieses Minerals ausgewaschen und gehen mit dem Wasser tiefer. In diesem Fall erwärmt sich die Lösung schnell und verdampft. Nachdem das Wasser vollständig verdunstet ist, bilden sich Gipskristalle.
Die Dicke der erhaltenen Elemente beträgt nur 20 Mikrometer (ein Mikrometer entspricht 0,001 Millimeter) und die Größe der Hohlräume zwischen den "Balken" beträgt 100 Mikrometer bis 1 Millimeter. Die Forscher betonen, dass ihre Methode ohne Rahmen oder Trägermaterialien auskommt, wodurch unnötiger Abfall aus dem Herstellungsprozess vermieden wird. Gleichzeitig stellen die Wissenschaftler fest, dass es wichtig ist, genaue Berechnungen durchzuführen, die den kritischen Neigungswinkel der Elemente (37 Grad) und die optimale Heiztemperatur während der Verdampfung des Lösungsmittels bestimmen, damit die Struktur nicht zusammenbricht (mindestens 90 Grad Celsius).
Die Autoren der Arbeit weisen darauf hin, dass man anstelle von Silber grundsätzlich jedes andere Material verwenden kann, das sich zu Nanopartikeln zerkleinern lässt. Die neue Technologie kann verwendet werden, um dünne Anoden und Kathoden in Batterien herzustellen, was nach Ansicht der Forscher dazu beitragen wird, ihre Laderate und Leistung zu erhöhen.
Im vergangenen Jahr schlug Alexander Buzimov, Finalist des VIC. Nano-Wettbewerbs, den Einsatz von Verbundsieben aus Keramik und Zeolithen mit nanoskaligen Poren zur Blutreinigung während der Dialyse vor, und ein internationales Chemikerteam entwickelte nanoskalige Scheren, die sich unter Einfluss reversibel öffnen und schließen können von Licht. Darüber hinaus haben australische Ingenieure Nanoantennen entwickelt, die Infrarotlicht in sichtbares Licht umwandeln.
