Syntetisering av material i nanoskala sker inom högteknologiska laboratorier, där forskare i helkroppsdräkter håller varje dammkorn borta från sina känsliga innovationer. Dock, forskare vid Kiel University visade att detta inte alltid är nödvändigt. De har framgångsrikt kunnat överföra erfarenheten från ugn till laboratorium samtidigt som de har syntetiserat material i nanoskala med hjälp av enkel och högeffektiv flamteknologi. Denna "bakning" av nanostrukturer har redan varit en stor framgång med hjälp av zinkoxid. De senaste fynden koncentrerar sig på tennoxid, vilket öppnar upp ett brett fält av möjliga nya tillämpningar. Materialforskarna publicerade sina senaste forskningsdata i dagens nummer (fredag, 5 juni) av den berömda vetenskapliga tidskriften Advanced Electronic Materials.

Metalloxider i bulkform är vanligtvis spröda, vilket begränsar deras önskade användningsområden. Deras endimensionella (1D) strukturer, såsom bältesliknande nanostrukturer, uppvisar mycket större applikationspotential på grund av deras höga förhållande mellan yta och volym. Detta förhållande inducerar extraordinära fysikaliska och kemiska egenskaper, inklusive en hög grad av böjbarhet. "Dock, 1D nanostrukturer är fortfarande svåra att använda, eftersom det är en utmanande uppgift att integrera dem i riktiga enheter. För att övervinna detta problem, vi har utvecklat tredimensionellt (3D) makroskopiskt material från 1D tennoxidbältesliknande nanostrukturer. De resulterande keramiska nätverken uppvisar de flesta egenskaperna i nanoskala, inklusive flexibilitet. Den kan därför fritt användas för alla önskade tillämpningar. Vi är mycket glada över att vår nyligen introducerade flamtransportsyntesmetod på basis av zinkoxid nu möjliggör enkel syntes av sammankopplade 3D-nätverk från tennoxid", säger Dr Yogendra Kumar Mishra, gruppledare för arbetsgruppen "Functional Nanomaterials" vid Kiel University, och huvudförfattare till studien.

"Den fascinerande delen är strukturen av de enstaka bältesliknande nanostrukturerna som levereras av denna syntes på basis av tennoxidkristallstruktur. I motsats till keramik producerad med zinkoxid, vilket leder till mycket korta tetrapodstrukturer, tennoxid ger lång, platta strukturer. De är precis som fettucine", jämför professor Rainer Adelung, Ordförande i gruppen Functional Nanomaterials. "Och dessa långa platta nudlar växer ihop på ett mycket specifikt sätt:I ugnen som används för syntesen, temperaturer håller sig strax under smältpunkten för tennoxid. Således, nudlarna hittar specifika sammankopplingspunkter genom kinetik istället för termodynamik. Varje korsning tvingas in i en väldefinierad vinkel enligt strikta geometriska principer, som bygger på så kallade vänortsdefekter, som ytterligare bekräftats av simuleringsstudier", tillägger professor Lorenz Kienle, Ordförande i gruppen Synthesis and Real Structure. Den strukturella designen av tennoxid 3D-nätverket, menar de sammanvuxna nudlarna, undersöktes i detalj med hjälp av transmissionselektronmikroskopi.

"3D-nätverken från tennoxid uppvisar intressanta egenskaper, såsom elektriskt ledande, hög temperatur stabil, mycket mjuk och töjbar arkitektur, och kan därför vara intressant för flera tekniska tillämpningar", säger Dr Mishra. Till exempel, en bärbar elektronisk avkänningsanordning har redan tillverkats. Och, enligt Mishra, den visar betydande potential för UV-ljus eller gasavkänningstillämpningar. "Tills nu, vi har testat avkänningsapplikationer. Ytterligare potentiella applikationer kan också vara flexibla och töjbara elektroniska enheter, självlysande ställdon, batterier, smarta dukar eller offermallar för framväxten av nya material." Detta arbete har utförts i samarbete med professor Ion Tiginyanu och hans teammedlemmar från Moldaviens tekniska universitet, Moldavien.

De tre Kiel-forskarna vet:"Utveckling av sådana 3D-nätverksmaterial från tennoxid, med geometribestämmande defekter gjorda av flamtransportsyntes vid Kiel University är ett mycket intressant steg framåt in i framtiden för nanostrukturtillväxt och tillämpningar."