توسعه روشی آسان برای ایجاد فیلم‌های حفره‌ای اکسید فلزی

محققان دانشگاه کرنل یک فرایند «تک‌ظرفی» برای تولید فیلم‌های حفره‌ای بلوری اکسید فلزی توسعه داده‌اند که می‌تواند منجربه تولید پیل‌های سوختی و پیل‌های خورشیدی کاراتر شود.


محققان دانشگاه کرنل یک فرایند «تک‌ظرفی» برای تولید فیلم‌های حفره‌ای بلوری اکسید
فلزی توسعه داده‌اند که می‌تواند منجربه تولید پیل‌های سوختی و پیل‌های خورشیدی
کاراتر شود.

در پیل‌های سوختی ماده‌ای با حفرات نانومتری می‌تواند مساحت سطحی بالایی برای
برهمکنش سوخت با کاتالیزور ایجاد نماید. در پیل‌های خورشیدی نیز مواد حفره‌ای مساحت
سطی بالایی برای جذب نور و تبدیل آن به انرژی الکتریکی فراهم می‌آورند.

قبلاً این ساختارها روی بسترهای سختی از کربن یا سیلیکا تولید شده، یا با استفاده
از پلیمرهای نرمی که به ساختارهای فوم‌مانند خودآرایی می‌کنند، ایجاد می‌شدند.
ایجاد یک بستر حفره‌ای سخت و توزیع اکسید فلز به صورت یکنواخت روی آن، کار بسیار
دشواری است. استفاده از پلیمرها آسان‌تر بوده و ساختار خوبی ایجاد می‌کنند، اما
برای اینکه اکسید فلز به صورت کامل بلوری گردد، باید تا دماهای بالا حرارت داده شود
و این امر موجب فروریختن و بسته شدن حفرات پلیمر می‌شود.

محققان دانشگاه کرنل این دو روش را به هم آمیخته و به قول پروفسور اولریچ ویشنر،
استاد علوم و مهندسی مواد این دانشگاه، «بهترین هر دو روش» را مورد استفاده قرار
دادند. آنها از یک کوپلیمر بلوکی به نام پلی ایزوپرن-اتیلن اکسید بلوکی یا PI-b-PEO
که هنگام حرارت دادن در محیط بی‌اثر کربنه می‌شود، استفاده نمودند. بدین ترتیب
حرارت دادن این پلیمر، یک چارچوب سخت ایجاد می‌کند که اکسید فلز می‌تواند حول آن
بلوری شود. سپس این ساختار در هوا حرارت داده می‌شود تا کربن آن سوخته و حذف شود.
وینشتر این روش را آرایش ترکیبی توسط شیمی نرم و سخت یا CASH می‌نامد.

این محققان فیلم‌هایی از دی‌اکسید تیتانیوم (مورد استفاده در پیل‌های خورشیدی) و
اکسید نیوبیوم (مورد استفاده به‌عنوان کاتالیزور در پیل‌های سوختی) ایجاد کردند.
وینشتر بیان می‌کند مرحله بعدی کار، استفاده از این فرایند برای تولید فیلم‌های
فلزی حفره‌ای است.