::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Химики превратили нитрид галлия, на основе которого изготавливают светодиодные чипы, в нанокристаллы
Работа исследователей открывает новые возможности для электроники и других технологий, таких как освещение или медицинские имплантаты.
Нанокристаллы стали основой Нобелевской премии по химии 2023 года. Но, несмотря на их уникальные свойства, ученым до сих пор удавалось создавать эти микроскопические кристаллы лишь из ограниченного набора материалов. Группа химиков Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории объявили о способе получения нанокристаллов из полезного класса материалов, известных как нитриды металлов, что ранее было невыполнимой задачей.
Нитриды металлов сегодня широко используются в технологиях и производстве. Например, нитрид галлия применяется практически во всех современных осветительных приборах, от светодиодных ламп до экранов ноутбуков. Возможность создавать нанокристаллы из таких материалов в корне меняет представление о том, что с ними можно делать. Помимо жестких пленок, однажды их можно будет смешивать с полимерами, наносить на них струйную печать и интегрировать в ткани или другие гибкие устройства.
«Это расширяет границы области применения за пределы того, что ранее считалось фундаментальными ограничениями, и закладывает основу для использования нитридов в качестве наноматериалов», — сказал Дмитрий Талапин, заслуженный профессор химии и молекулярной инженерии имени Эрнеста Девитта Бертона в Чикагском университете, сотрудник Аргоннской национальной лаборатории и старший автор статьи.
Нанокристаллы — это именно то, что следует из их названия: очень маленькие кристаллы, настолько крошечные, что от миллиона до миллиарда таких кристаллов могли бы уместиться на ногте. В таком масштабе материалы часто обладают удивительными и полезными свойствами, например способностью излучать яркий свет или ускорять химические реакции
Теоретически нанокристаллы можно получить практически из чего угодно. Но на практике добиться такой универсальности не удавалось. Исследователи хотели проверить, можно ли это изменить. В частности, группа сосредоточилась на нитридах металлов. Они образуются при смешивании металлов с азотом и как класс веществ отличаются прочностью, биосовместимостью, а также устойчивостью к высоким температурам и коррозии.
Благодаря своей прочности нитриды металлов хорошо подходят для использования в бытовой электронике. Но эта же стабильность стала проблемой для химиков, пытавшихся создать из них нанокристаллы. Когда формируются кристаллы, их ионы должны немного перестроиться, прежде чем займут свое окончательное положение, — так партнеры меняются местами во время кадрили. Однако нитриды металлов образуют чрезвычайно прочные связи — как танцоры танго, — поэтому они неохотно меняют партнеров.
По словам ученых, решение проблемы состояло из двух частей.
Во-первых, ученые развила предыдущее открытие, согласно которому использование расплавленных солей в качестве жидкости в рецепте может стабилизировать образование нанокристаллов. Затем, проведя дополнительные эксперименты, они нашли «оптимальное сочетание» температуры и давления аммиака, при котором связи металл-азот легче отсоединяются и присоединяются обратно.
Команда показала, как создавать нанокристаллы не только из нитрида галлия, но и из ряда других родственных нитридов. Среди них нитрид титана, который используется в медицинских имплантатах, нитрид ниобия, важный для промышленности сверхпроводник, и нитрид молибдена, распространенный катализатор.
Эти материалы не только полезны, но и относительно недороги. Возможность превращать их в нанокристаллы еще больше расширит сферу их применения.