Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory hebben een bibliotheek van nanoporeuze goudstructuren op een enkele chip gecreëerd die directe toepassingen heeft voor lithium-ionbatterijen met hoge capaciteit en neurale interfaces.

Nanoporeus goud (np-Au), een poreus metaal dat wordt gebruikt in energie- en biomedisch onderzoek, wordt geproduceerd door een legeringscorrosieproces dat bekend staat als dealloying en dat een karakteristiek driedimensionaal netwerk van poriën en ligamenten op nanoschaal genereert.

In het omslagartikel in het nummer van 14 januari van: nanoschaal , een tijdschrift uitgegeven door de Royal Society of Chemistry, LLNL-onderzoekers en hun University of California, Davis (externe link)-medewerkers beschrijven een methode voor het creëren van een bibliotheek van verschillende np-Au-morfologieën op een enkele chip via nauwkeurige levering van afstembare laserenergie. UC Davis-professor Erkin Seker was de hoofdonderzoeker (PI) van het UC Fees-project dat voornamelijk het werk financierde, samen met co-PI Monika Biener van de Materials Science Division van LLNL.

Laser microprocessing (bijv. microbewerking) zorgt voor ruimtelijke en temporele controle terwijl het energie opdringt nabij het oppervlak van het materiaal.

"Traditionele warmtetoepassingstechnieken voor de modificatie van np-Au zijn bulkprocessen die niet kunnen worden gebruikt om een ​​bibliotheek met verschillende poriegroottes op een enkele chip te genereren, " zei LLNL-stafwetenschapper Ibo Matthews, co-auteur van het artikel. "Lasermicroprocessing biedt een aantrekkelijke oplossing voor dit probleem door een middel te bieden om energie toe te passen met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie."

De onderzoekers gebruikten multifysica-simulaties om de effecten van continue golf versus gepulseerde lasermodus en variërende thermische geleidbaarheid van het ondersteunende substraat op de lokale np-Au-filmtemperaturen tijdens fotothermisch uitgloeien te voorspellen.

Ze waren vervolgens in staat om een ​​materiaalbibliotheek op de chip te fabriceren bestaande uit 81 np-Au-monsters van negen verschillende morfologieën voor gebruik in de parallelle studie van structuur-eigenschaprelaties.

"Deze bibliotheken hebben het potentieel om de doorvoer van morfologische interactiestudies voor np-Au drastisch te verhogen, specifiek in toepassingen zoals lithium-ionbatterijen met hoge capaciteit, cel-materiaal interactie studies voor neurale interfaces, analytische biosensoren, evenals materiaalwetenschappelijke studies op nanoschaal, " zei Biener, co-auteur van het artikel.

Dit werk legt de basis voor het begrijpen van lasergebaseerd gloeien van poreuze dunne filmmaterialen. De fabricage van materiaalbibliotheken met één chip heeft het potentieel om de doorvoer van materiaalinteractietesten in veel disciplines te vergroten door middel van eenvoudige materiaalonderzoekbibliotheken met één chip.