Lawrence Livermore National Laboratory forskare har skapat ett bibliotek med nanoporösa guldstrukturer på ett enda chip som har direkta applikationer för högkapacitets litiumjonbatterier samt neurala gränssnitt.

Nanoporöst guld (np-Au), en porös metall som används inom energi och biomedicinsk forskning, produceras genom en legeringskorrosionsprocess som kallas dealloying som genererar ett karakteristiskt tredimensionellt nanoskala nätverk av porer och ligament.

I omslagsartikeln i 14 januari -numret av Nanoskala , en tidning publicerad av Royal Society of Chemistry, LLNL -forskare och deras University of California, Davis (länk är extern) samarbetspartners beskriver en metod för att skapa ett bibliotek med olika np-Au-morfologier på ett enda chip via exakt leverans av avstämbar laserenergi. UC Davis -professor Erkin Seker fungerade som huvudutredare (PI) för UC Fees -projektet som främst finansierade arbetet, tillsammans med co-PI Monika Biener från LLNLs materialvetenskapliga avdelning.

Lasermikroprocessering (t.ex. mikromaskinering) ger rumslig och tidsmässig kontroll samtidigt som den påför energi nära materialets yta.

"Traditionella värmetillämpningstekniker för modifiering av np-Au är bulkprocesser som inte kan användas för att generera ett bibliotek med olika porstorlekar på ett enda chip, "sa LLNL -personalvetaren Ibo Matthews, medförfattare till tidningen. "Lasermikroprocessing erbjuder en attraktiv lösning på detta problem genom att tillhandahålla ett sätt att tillämpa energi med hög rumslig och tidsmässig upplösning."

Forskarna använde flerfysikssimuleringar för att förutsäga effekterna av kontinuerlig våg kontra pulserande lasermod och varierande värmeledningsförmåga hos det bärande substratet på de lokala np-Au-filmtemperaturerna under fototermisk glödgning.

De kunde sedan tillverka ett on-chip-materialbibliotek bestående av 81 np-Au-prover av nio olika morfologier för användning i parallellstudien av förhållanden mellan struktur och egendom.

"Dessa bibliotek har potential att drastiskt öka genomströmningen av morfologiska interaktionsstudier för np-Au, specifikt i applikationer som litiumjonbatterier med hög kapacitet, cell-materialinteraktionsstudier för neurala gränssnitt, analytiska biosensorer, samt materialvetenskapliga studier i nanoskala, sa Biener, medförfattare till tidningen.

Detta arbete sätter grunden för förståelse av laserbaserad glödgning av porösa tunnfilmsmaterial. Tillverkningen av material med ett chip-material har potential att öka genomströmningen av materialinteraktionstestning i många discipliner genom enkla material med ett chip-material.