В нанотехнологиях свойства материалов существенно зависят от их размера, поэтому ключевое значение имеет возможность создавать частицы с заданным составом. От точного соотношения металлов, таких как золото и серебро или медь и вольфрам, зависят каталитическая активность, оптические и электронные свойства будущих устройств — от сенсоров до элементов памяти.
Один из наиболее чистых и гибких методов синтеза — искровой разряд между двумя электродами, при котором испаряемый металл конденсируется в наночастицы в потоке инертного газа без использования химических реагентов. Однако до сих пор способ позволял точно смешивать только два компонента.
Ученые из Московского физико-технического университета подошли к проблеме совершенно с новой стороны. Вместо того, чтобы совершенствовать существующую технологию, они разработали генератор с принципиально новой архитектурой. Ключевая идея инновации — независимое управление испарением каждого компонента для их идеального смешения.
Мы, по сути, создали наноконструктор. Наша установка позволяет не просто смешать большинство металлов, например, вольфрам, медь и алюминий, но и точно задать пропорцию, сказав: «хочу материал, в котором будет 55% вольфрама, 43% меди и всего 2% алюминия». И генератор это сделает. Предыдущие методы давали очень ограниченный контроль, особенно при работе с тремя компонентами. Наш подход снимает эти ограничения, позволяя синтезировать материалы в широчайшем диапазоне составов.
В отличие от стандартной двухэлектродной схемы, новая установка представляет собой миниатюрный реактор с независимыми источниками материала. В экспериментальной модели три электрода расположены под углом 120 градусов: центральный — из вольфрама, а два других — из меди и алюминия.
«Ключевая инновация заключается в электрической схеме. Вместо того, чтобы разряжать один общий конденсатор, система использует большой накопительный конденсатор, который питает две независимые цепи, каждая со своим электродом. Управляя электрическими параметрами — сопротивлением и емкостью — в каждой из этих цепей исследователи получили возможность ювелирно дозировать энергию, подаваемую на медный и алюминиевый электроды. Это, в свою очередь, позволило им с высочайшей точностью контролировать количество испаряемого металла с каждого из них. Два независимых искровых разряда происходят в непосредственной близости друг от друга, благодаря чему облака металлического пара из разных источников эффективно перемешиваются еще до начала процесса конденсации», — объяснили на сайте вуза.
Эксперименты подтвердили беспрецедентный контроль над составом: ученые продемонстрировали возможность уменьшения доли алюминия в частицах с 22% до 2% простым изменением параметров установки. Разработка открывает путь к «программированию» свойств наноматериалов и позволяет создавать частицы с заданными пропорциями металлов, что ранее было невозможно.
Ранее Наука Mail писала о том, что в МФТИ создали уникальный испытательный электробагги.
