Rice Universitys ingenjörer har skapat behållare som kan hindra flyktiga organiska föreningar (VOC) från att ackumuleras på ytan av lagrade nanomaterial.
Den bärbara och billiga lagringsteknologin tar itu med ett allestädes närvarande problem i nanotillverkning och materialvetenskapslaboratorier och beskrivs i en artikel publicerad 11 juli i Nano Letters .
"VOC finns i luften som omger oss varje dag", säger studiens motsvarande författare Daniel Preston, biträdande professor vid Rice's Department of Mechanical Engineering. "De klamrar sig fast vid ytor och bildar en beläggning, främst av kol. Du kan inte se dessa lager med blotta ögat, men de bildas, ofta inom några minuter, på praktiskt taget alla ytor som exponeras för luft."
VOC är kolbaserade molekyler som släpps ut från många vanliga produkter, inklusive rengöringsvätskor, färger och kontors- och hantverksmaterial. De ackumuleras inomhus i särskilt höga koncentrationer, och de tunna lagren av kolsprut som de lägger på ytor kan hindra industriella nanotillverkningsprocesser, begränsa noggrannheten hos mikrofluidtestsatser och skapa förvirring för forskare som bedriver grundläggande forskning på ytor.
För att komma till rätta med problemet, Ph.D. student och studiehuvudförfattare Zhen Liu, tillsammans med Preston och andra från hans labb, utvecklade en ny typ av förvaringsbehållare som håller föremål rena. Experiment visade att hennes tillvägagångssätt effektivt förhindrade ytkontamination i minst sex veckor och kunde till och med rengöra VOC-avsatta lager från tidigare kontaminerade ytor.
Tekniken bygger på en ultraren vägg inuti behållaren. Ytan på innerväggen är förstärkt med små knölar och utjämningar som varierar i storlek från några miljondelar till några miljarddelar av en meter. De mikroskopiska och nanoskopiska defekterna ökar väggens yta, vilket gör att fler av dess metallatomer är tillgängliga för VOC i luften som finns inuti behållarna när de är förseglade.
"Textureringen gör att den inre behållarväggen kan fungera som ett "uppoffrande" material," sa Liu. "VOC dras på ytan av behållarens vägg, vilket gör att andra föremål som lagras inuti förblir rena."
Hon sa att idén att använda en stor förrenad yta för att samla föroreningar föreslogs för 50 år sedan men gick i stort sett obemärkt förbi. Hon och hennes kollegor förbättrade idén med moderna metoder för rengöring och nanotexturering av ytor. De visade, genom en serie experiment, att deras tillvägagångssätt gjorde ett bättre jobb med att förhindra VOC från att belägga ytorna på lagrat material än andra metoder, inklusive förseglade petriskålar och toppmoderna vakuumexsickatorer.
Prestons grupp byggde på sina experiment och utvecklade en teoretisk modell som exakt karakteriserade vad som hände inuti behållarna. Preston sa att modellen kommer att tillåta dem att förfina sin design och optimera systemets prestanda i framtiden.
Mer information: Zhen Liu et al, Mitigating Contamination with Nanostructure-Enabled Ultraclean Storage, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c00626
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av Rice University
