Химики из Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории разработали способ получать нанокристаллы из нитридов металлов – группы технологически важных материалов, которые до сих пор не поддавались такому синтезу. Результаты исследования, открывающие новые возможности для электроники и медицины, опубликованы в журнале Nature.
Нитриды металлов, такие как нитрид галлия, уже широко применяют в светодиодах и дисплеях. Эти соединения отличаются прочностью, термостойкостью, биосовместимостью и устойчивостью к коррозии. Превращение их в нанокристаллы позволит не ограничиваться твёрдыми плёнками, а, например, добавлять их в полимеры, наносить с помощью струйной печати или встраивать в гибкие устройства и ткани.
Основная сложность при синтезе нанокристаллов из нитридов заключалась в чрезвычайно прочных связях между атомами металла и азота. Из-за них ионы не могли свободно перестраиваться в правильную кристаллическую решётку в наномасштабе. Любая ошибка в формировании связи приводила к дефекту всей структуры.
Решение проблемы учёные нашли в комбинации двух подходов. Во-первых, они использовали расплавленные соли в качестве жидкой среды, которая стабилизировала образующиеся нанокристаллы. Во-вторых, экспериментальным путём они подобрали оптимальное сочетание температуры и давления аммиака. В таких условиях связи между атомами металла и азота смогли обратимо разрываться и восстанавливаться, что позволило кристаллам сформироваться правильно.
Новый метод оказался универсальным: исследователи успешно синтезировали нанокристаллы почти из десятка различных соединений. Среди них – нитрид титана, используемый в медицинских имплантах, нитрид ниобия, который является важным промышленным сверхпроводником, и нитрид молибдена, применяемый в качестве катализатора.
