Kemistit ovat löytäneet tavan valmistaa nanokiteitä metallinitrideistä, materiaaliluokasta, joka oli uhmannut aiempia yrityksiä nanomittakaavan tuotannossa. Chicagon yliopiston ja Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat kuvasivat menetelmän Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Tulokset voivat muuttaa LED-valoissa, lääketieteellisissä implanteissa ja suprajohteissa käytetyt arkipäivän materiaalit uuden sukupolven joustavien ja tulostettavien laitteiden rakennuspalikoiksi.
Pitkäaikainen ongelma
Nanokiteet ovat mikroskooppisia kiteitä, joista on tullut keskeinen osa modernia materiaalitiedettä. Kvanttipisteet, eräs nanokiteiden tyyppi, auttoivat inspiroimaan vuoden 2023 kemian Nobel-palkinnon. Mutta tutkijat olivat onnistuneet valmistamaan näitä pieniä rakenteita vain kapeasta materiaalivalikoimasta. Metallinitridit, joita arvostetaan niiden kovuuden, stabiiliuden ja elektroniikkakäytön vuoksi, vastustivat tavanomaista nanokiteiden synteesiä koossa ja mittakaavassa, jota tarvitaan todellisiin sovelluksiin. Tämä jätti kuilun materiaalien, joista teollisuus on riippuvainen, ja materiaalien välille, joita tutkijat pystyivät kutistamaan nanomittakaavaan.
Lähes tusina uusia materiaaleja
Menetelmä avasi paljon suuremman joukon kohteita. "Pystyimme osoittamaan, kuinka valmistaa sarja lähes tusinaa materiaalia, joita ei voitu syntetisoida perinteisillä menetelmillä", sanoi Ruiming Lin, jatko-opiskelija Chicagon yliopistossa ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. Kiteet ovat niin pieniä, että miljardeja mahtuisi sormenkynteen, tiimi sanoi, ja elektronimikroskooppikuvat vahvistivat tulokset.
Mitä materiaalit voisivat tehdä
Metallinitridit käyttävät jo nyt monia teknologioita. Galliumnitridiä käytetään laajalti LED-valaistuksessa ja näytöissä. Titaaninitridiä esiintyy lääketieteellisissä implanteissa. Niobiumnitridi toimii suprajohteena, ja molybdeeninitridi toimii katalyyttinä. Tähän asti näitä materiaaleja on voitu käyttää enimmäkseen jäykissä, tilaa vievissä muodoissa. Nanokiteen muodossa ne voitaisiin tulostaa joustaville pinnoille, käyttää uudenlaisessa valaistuksessa tai rakentaa lääketieteellisiin laitteisiin, jotka taipuvat ja liikkuvat kehon mukana. Tutkijat sanovat reseptin antavan insinööreille paljon suuremman työkalupakin tulevaisuuden laitteiden suunnitteluun.