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新技术将使重要金属的生产效率更高

更新时间:2021-08-07 16:33:37

明尼苏达大学双城科学与工程学院的研究人员发明了一种更便宜、更安全、更简单的技术,可以将一组“顽固”的金属和金属氧化物制成薄膜,用于许多电子产品、计算机组件和其他应用程序。

该研究发表在美国国家科学院院刊 (PNAS) 上,这是一份同行评审的、多学科的、高影响力的科学期刊。

研究人员与明尼苏达大学的技术商业化办公室合作为该技术申请了专利,并且已经引起了业界的兴趣。

许多金属及其化合物必须制成薄膜,然后才能用于电子产品、显示器、燃料电池或催化应用等技术产品。然而,“顽固”金属——包括铂、铱、钌和钨等元素——非常难以转化为薄膜,因为它们需要极高的温度(通常超过 2000 摄氏度)才能蒸发。

通常,科学家使用溅射和电子束蒸发等技术合成这些金属薄膜。后者包括在高温下熔化和蒸发金属,并允许在晶片顶部形成薄膜。但是,这种传统方法非常昂贵,消耗大量能源,而且由于使用的电压高,也可能不安全。

现在,明尼苏达大学的研究人员已经开发出一种方法,可以在显着更低的温度下蒸发这些金属,温度低于 200 摄氏度,而不是数千摄氏度。通过设计和添加有机配体——碳、氢和氧原子的组合——到金属中,研究人员能够显着提高材料的蒸气压,使其更容易在较低温度下蒸发。他们的新技术不仅更简单,而且还制造了易于扩展的更高质量的材料。

“轻松和可控地制造新材料的能力对于过渡到能源经济的新时代至关重要,”该研究的资深作者、材料合成专家、壳牌副教授兼壳牌主席 Bharat Jalan 说。明尼苏达大学化学工程与材料科学系 (CEMS)。“合成科学的创新与新技术的发展之间已经存在历史联系。数百万美元用于制造各种应用的材料。现在,我们提出了一种更简单、更便宜的技术,可以制造出具有原子精度的更好材料。”

这些金属用于制造无数产品,从用于计算机应用的半导体到显示技术。例如,铂也是能量转换和存储的重要催化剂,并且正在考虑用于自旋电子器件。

“降低金属沉积的成本和复杂性,同时允许沉积更复杂的材料,如氧化物,将在工业和研究工作中发挥重要作用,”明尼苏达大学化学工程和材料科学研究生威廉纳恩说,该论文的第一作者,以及该部门的 Robert V. Mattern Fellowship 的获得者。“现在,像铂这样沉积这些金属将变得更加容易,我们希望看到人们对包含这些顽固金属的更复杂材料重新产生兴趣。”

除了 Jalan 和 Nunn 之外,研究团队还包括明尼苏达大学化学工程与材料科学系研究生 Anusha Kamath Manjeshwar、Jin Yao、Tristan K. Truttmann 和博士后研究员 Anil Rajapitamahuni。

该研究主要由美国能源部资助,并得到空军科学研究办公室和国家科学基金会的额外支持。

阅读PNAS 网站上题为“用于“顽固”金属和金属氧化物的新型合成方法”的全文。

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