Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont créé une bibliothèque de structures en or nanoporeuses sur une seule puce qui a des applications directes pour les batteries lithium-ion haute capacité ainsi que les interfaces neuronales.

Or nanoporeux (np-Au), un métal poreux utilisé dans la recherche énergétique et biomédicale, est produit par un processus de corrosion d'alliage connu sous le nom de désalliage qui génère un réseau nanométrique tridimensionnel caractéristique de pores et de ligaments.

Dans l'article de couverture du numéro du 14 janvier de Nanoéchelle , une revue publiée par la Royal Society of Chemistry, Les chercheurs du LLNL et leur Université de Californie, Les collaborateurs de Davis (link is external) décrivent une méthode pour créer une bibliothèque de différentes morphologies np-Au sur une seule puce via une livraison précise d'énergie laser accordable. Erkin Seker, professeur à l'UC Davis, a été le chercheur principal (IP) du projet UC Fees qui a principalement financé le travail, avec co-PI Monika Biener de la division Science des matériaux de LLNL.

Le microtraitement laser (par exemple le micro-usinage) permet un contrôle spatial et temporel tout en imposant de l'énergie près de la surface du matériau.

"Les techniques traditionnelles d'application de chaleur pour la modification du np-Au sont des processus en vrac qui ne peuvent pas être utilisés pour générer une bibliothèque de différentes tailles de pores sur une seule puce, " a déclaré Ibo Matthews, scientifique du LLNL, co-auteur de l'article. "Le microtraitement laser offre une solution intéressante à ce problème en fournissant un moyen d'appliquer de l'énergie avec une résolution spatiale et temporelle élevée."

Les chercheurs ont utilisé des simulations multiphysiques pour prédire les effets de l'onde continue par rapport au mode laser pulsé et de la conductivité thermique variable du substrat de support sur les températures locales du film np-Au pendant le recuit photothermique.

Ils ont ensuite pu fabriquer une bibliothèque de matériaux sur puce composée de 81 échantillons np-Au de neuf morphologies différentes à utiliser dans l'étude parallèle des relations structure-propriété.

"Ces bibliothèques ont le potentiel d'augmenter considérablement le débit des études d'interaction morphologique pour np-Au, spécifiquement dans des applications telles que les batteries lithium-ion haute capacité, études d'interaction cellule-matériau pour les interfaces neuronales, biocapteurs analytiques, ainsi que des études de science des matériaux à l'échelle nanométrique, " dit Biener, co-auteur de l'article.

Ce travail jette les bases de la compréhension du recuit par laser de matériaux poreux en couches minces. La fabrication de bibliothèques de matériaux à puce unique a le potentiel d'augmenter le débit des tests d'interaction de matériaux dans de nombreuses disciplines grâce à des bibliothèques de criblage de matériaux à puce unique simples.