Во время 61-го Международного симпозиума AVS На выставке, проходящей с 9 по 14 ноября 2014 года в Балтиморе, штат Мэриленд, исследователи расскажут, как им удалось «сплести» высокопрочные и высокопроводящие нити из металлического вольфрама на кевларе, также известном как материал бронежилета. с использованием осаждения атомного слоя (ALD), процесса, обычно используемого для производства памяти и логических устройств.«В качестве подложки кевлар заинтриговал нас, потому что он способен выдерживать относительно высокую температуру (220 ° C), необходимую для процесса осаждения методом ALD», — объясняет Сара Атанасов, доктор философии. кандидат кафедры биомолекулярной инженерии в Государственном университете Северной Каролины. «Кевлар не начинает разлагаться, пока не достигнет почти 400 ° C».Группа выбрала ALD как процесс, потому что он позволяет им наносить высококонформные пленки на неплоские поверхности с точностью до нанометра. «Это гарантирует, что вся поверхность пряжи, состоящая из почти 600 волокон, каждое из которых имеет диаметр 12 микрон, покрыта равномерно», — сказал Атанасов.
Как работает процесс ALD? На самом деле это циклический процесс, который начинается с воздействия на поверхность подложки одного газофазного химического вещества, в данном случае гексафторида вольфрама (WF6), с последующим удалением любого непрореагировавшего материала. Это преследуется с помощью воздействия на поверхность второго химического вещества в газовой фазе, силана (SiH4), после чего все непрореагировавшие материалы снова удаляются.К концу цикла ALD два химических вещества вступили в реакцию с образованием вольфрама. «Это самоограничивающийся процесс, означающий, что один атомный слой осаждается в течение каждого цикла — в данном случае ~ 5,5 ангстрем за цикл», — сказал Атанасов. «Процесс можно циклически повторять несколько раз для достижения любой желаемой толщины.
В качестве бонуса ALD происходит в газовой фазе, поэтому он не требует обработки раствора и считается более устойчивым методом осаждения».Хотя объединение нескольких тканей для объединения нескольких возможностей, безусловно, не новость, такие характеристики, как высокая прочность, высокая проводимость и гибкость, часто рассматриваются как взаимоисключающие, поэтому часто идут уступки, чтобы получить наиболее важную из них.
Однако работа Атанасова и его коллег показывает, что ALD вольфрама на кевларе дает пряжу, которая очень гибкая и обладает высокой проводимостью, около 2000 См / см («Сименс на сантиметр», обычная единица измерения проводимости). Ярды также находятся в пределах 90% от их первоначальной прочности на разрыв до нанесения покрытия.«Внедрение устоявшихся процессов из одной области в совершенно новую может привести к очень интересным и полезным результатам», — отметил Атанасов.
Ожидается, что пряжа группы из вольфрама на кевларе найдет применение в многофункциональных защитных электронных материалах для электромагнитного экранирования и связи, а также в устойчивых к эрозии антистатических тканях для космической и автоматизированной техники.