Tørtryk af nanorørmønstre til enhver overflade kan revolutionere mikroelektronikken

(PhysOrg.com) -- Se en gekko gå op ad en væg. Den trodser tyngdekraften, da den klæber til overfladen, uanset hvor glat den ser ud til at være.

Det, der sker, er ikke magi. Gekkoen bliver siddende på grund af den elektriske tiltrækning - van der Waals-kraften - mellem millioner af mikroskopiske hår på dens fødder og overfladen.

Princippet gælder for ny forskning ved Rice University rapporteret i denne uge i online-versionen af ​​tidsskriftet ACS Nano . Men i dette tilfælde, hårene kommer billedligt af gekkoen og planter sig på væggen.

Ris-kandidatstuderende Cary Pint har fundet på en måde at overføre mønstre af stærkt afstemte, enkeltvæggede kulstof nanorør (SWNT'er) fra et substrat til en anden overflade - enhver overflade - i løbet af få minutter. Det samme underlag, med dens katalysatorpartikler stadig intakte, kan gentagne gange bruges til at dyrke flere nanorør, næsten som at trykke et gummistempel.

Pint er den primære forfatter til forskningspapiret, som også beskriver en måde til hurtigt og nemt at bestemme rækkevidden af ​​diametre i en batch af nanorør dyrket gennem kemisk dampaflejring (CVD). Almindelige spektroskopiske teknikker er dårlige til at se rør større end to nanometer i diameter - eller de fleste af nanorørene i CVD "supervækst"-processen.

"Dette er vigtigt, da alle egenskaberne ved nanorørene - elektriske, termisk og mekanisk - skift med diameter, " sagde han. "Det bedste er, at næsten alle universiteter har et FTIR (Fourier transform infrarød) spektrometer, der kan udføre disse målinger, og det burde gøre processen med syntese og applikationsudvikling fra kulstofnanorør meget mere præcis."

Pint og andre studerende og kolleger af Robert Hauge, en Rice anerkendt fakultetsstipendiat i kemi, undersøger også måder, hvorpå man kan tage trykte film af SWNT'er og gøre dem helt ledende eller helt halvledende - en proces Hauge omtaler som "Fermi-level engineering" for sin evne til at manipulere elektronbevægelser på nanoskala.

Kombineret, teknikkerne repræsenterer et stort skridt mod et næsten ubegrænset antal praktiske applikationer, der inkluderer sensorer, højeffektive solpaneler og elektroniske komponenter.

"En stor grænse for området for nanovidenskab er at finde måder at få det, vi kan gøre på nanoskalaen, til at påvirke vores daglige aktiviteter, " sagde Hauge. "For brugen af ​​kulstof nanorør i enheder, der kan ændre den måde, vi gør tingene på, En ligetil og skalerbar måde at mønstre justerede kulstofnanorør på over enhver overflade og i ethvert mønster er et stort fremskridt."

Pint sagde, at en eftermiddag med at "eksperimentere med kreative ideer" som førsteårsstuderende blev til et projekt, der holdt hans interesse gennem hans tid hos Rice. "Jeg indså tidligt, at det kan være nyttigt at overføre kulstofnanorør til andre overflader, " han sagde.

"Jeg begyndte at lege med vanddamp for at rense de amorfe kulstoffer på nanorørene. Da jeg trak en prøve ud, Jeg bemærkede, at nanorørene faktisk sad fast på pincetten.

"Jeg tænkte ved mig selv, "Det er virkelig interessant..."

Vand viser sig at være nøglen. Efter at have dyrket nanorørene, Pint ætser dem med en blanding af brintgas og vanddamp, hvilket svækker de kemiske bindinger mellem rørene og metalkatalysatoren. Når stemplet, nanorørene lægger sig ned og klæber, via van der Waals, til den nye overflade, efterlader alle spor af katalysatoren.

pint, som håber at forsvare sin afhandling i august, udviklet en stabil nok hånd til at afsætte nanorør på en række overflader - "alt hvad jeg kunne lægge hænderne på" - i mønstre, der nemt kunne replikeres og helt sikkert forbedres af industrielle processer. Et slående eksempel på hans arbejde er en film på kryds og tværs af nanorør lavet ved at stemple et sæt linjer på en overflade og derefter genbruge katalysatoren til at dyrke flere rør og stampe dem igen over det første mønster i en 90-graders vinkel. Processen tog ikke mere end 15 minutter.

"Jeg skal være ærlig - det var en lille smule held, kombineret med evnen til at have gjort dette i nogle år, " sagde han om miniaturekunstværket. "Men hvis jeg var i industrien, Jeg ville lave en maskine til at gøre dette for mig."

Pint mener, at industrierne vil tage et grundigt kig på teknikken, som han sagde let kunne skaleres op, til indlejring af nanorørkredsløb i elektroniske enheder.

Hans eget mål er at udvikle processen til at lave en række højeffektive optiske sensorenheder. Han undersøger også dopingteknikker, der vil fjerne gætværket ved at dyrke metalliske (ledende) eller halvledende SWNT'er.