چالش در تولید فیلم‌های نازک نانوکامپوزیتی

متأسفانه ویژگی‌های بهبودیافته نانوکامپوزیت‌ها نسبت به پلیمرهای معمول تنها زمانی حاصل می‌شوند که نانوذرات درون آنها از شکل و اندازه یکنواختی برخوردار بوده و به طور منظم درون کامپوزیت پخش شده باشند. روشی که اخیراً توسعه یافته است، امکان کنترل وسیع نانوذرات فلزی درون پلیمر را در یک فرایند تک‌مرحله‌ای ایجاد می‌کند.

فیلم‌های نازک نانوذره‌ای فیلم‌های نازکی هستند که گاهی تنها چند نانومتر
ضخامت دارند. این مواد جدیدی کاربردهای وسیعی همچون نانوالکترونیک،
ابزارهای ذخیره‌سازی مغناطیسی، یا روکش‌های نوری دارند.

با این حال بسیاری از روش‌هایی که برای تولید فیلم‌های نازک نانوکامپوزیتی
حاوی درصد بالایی از نانوذرات مورد استفاده قرار می‌گیرند، از توده‌ای شدن
اتفاقی نانوذرات که منجر به تشکیل نانوساختارهایی با اشکال نامنظم درون
کامپوزیت می‌شوند، رنج می‌برند.

متأسفانه ویژگی‌های بهبودیافته نانوکامپوزیت‌ها نسبت به پلیمرهای معمول
تنها زمانی حاصل می‌شوند که نانوذرات درون آنها از شکل و اندازه یکنواختی
برخوردار بوده و به طور منظم درون کامپوزیت پخش شده باشند. روشی که اخیراً
توسعه یافته است، امکان کنترل وسیع نانوذرات فلزی درون پلیمر را در یک
فرایند تک‌مرحله‌ای ایجاد می‌کند.

نانوکامپوزیت‌هایی که حاوی حجمی از نانوذرات فلزی در نزدیک آستانه تراوش
(percolation threshold) هستند، بسیار مورد علاقه می‌باشند. از نظر فنی
آستانه تراوش حجمی بحرانی از نقاط شبکه ماده می‌باشد که باید پر شود تا
نزدیک‌تزین مسیر از یک سمت ماده به سمت دیگر آن ایجاد شود. به عبارت دیگر
در آستانه تراوش ماده بسیار رسانا می‌شود. با افزایش میزان فلز در یک
کامپوزیت، میزان تفکیک ذرات کم شده و در نهایت به آستانه تراوش می‌رسد.

بیسواس که یکی از دانشمندان دفتر کوچک‌سازی الکترونیکی دانشگاه Alaska
Fairbanks می‌باشد، یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی است.

در مقاله‌ای که اخیراً در مجله Nanotechnology منتشر شده است این تیم
تحقیقاتی گزارش کرده‌اند که توانسته‌اند با استفاده از روش رسوب‌دهی فاز
بخار، فیلم‌های نازک نانوکامپوزیتی پلیمر-فلز حاوی درصد بالایی از نانوذرات
فلزی (تا ۷۵ درصد) دارای شکل و اندازه یکنواخت را تولید نمایند.

بیسواس می‌گوید: «بر اساس مطالعات دقیق TEM که انجام داده‌ایم، بر این
باوریم که حتی در درصدهای بالای فلز (تا ۷۰ درصد) پخش یکنواختی از نانوذرات
فلزی در پلیمر وجود دارد. دستیابی به این امر با استفاده از روش‌هایی همچون
سل_ژل بسیار مشکل است».