Mikrofabrikation:Den lette tilgang

Materialer, der leder elektricitet, men som også er gennemsigtige for lys, er vigtige for elektroniske displays, kameraer og solceller. Industriens standardmateriale til disse applikationer er indiumtinoxid (ITO), men de stigende omkostninger og begrænsede udbud af indium har foranlediget en søgen efter alternativer.

En lovende tilgang er at bygge netlignende netværk af ultratynde ledende metaltråde, som lys kan passere igennem. Ivan Vakarelski ved A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences og Xiaosong Tang og Sean O’Shea ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har nu forfinet processen med at fremstille disse bittesmå masker, så det er muligt for store- skalafremstilling.

Hemmeligheden ved at fremstille sådanne indviklede mikrostrukturer er at tilskynde metalnanopartikler til at samle sig selv fra en flydende suspension. Dette kræver en foruddefineret skabelon til at styre selvsamlingen - på samme måde som kaffegranulat samles til en ring under en kop, når spildt væske fordamper.

Et par år siden, Vakarelski og hans kolleger demonstrerede muligheden for at bruge latexmikropartikler som en skabelon for et sådant net ved hjælp af en opløsning, der indeholder guldnanopartikler. "Da opløsningsmidlet fordampede, et flydende bronetværk udviklet omkring latexpartiklerne, efterlader et netværk af mikrotråde dannet af selvsamlingen af ​​guldpartiklerne, ” forklarer O’Shea. "Dette er en nem tilgang til forskningsformål, men er svær at kontrollere i produktionsskala."

For at løse dette problem, forskerne vendte sig mod teknikken til fotolitografi, som involverer at bruge ultraviolet lys til at tegne mønstre i en fotoresistfilm. De eksponerede og hærdede dele af fotoresisten fungerer derefter som en præcis skabelon til selvsamling af guldnanopartikler. "Det er svært, imidlertid, ” siger Vakarelski, "at producere kugler, der replikerer latexpartikelskabelonen ved hjælp af fotolitografi. Vi prøvede flere alternative strukturer og fandt ud af, at buede strukturer fungerer lige så godt."

Brug af fotolitografi til at fremstille en skabelon af bue-lignende strukturer og den samme opløsning af guld nanopartikler, forskerne udarbejdede et guldmikron trådnet af høj kvalitet (billedet) med konduktans og gennemsigtighed, der kan sammenlignes med ITO af høj kvalitet. "En ekstra fordel ved de buede strukturer er, at i modsætning til latexmikropartikler, vi er ikke begrænset til en sekskantet netværkstopologi, siger O'Shea. Ja, forskerne producerede med succes netværk af rektangler, sekskanter og trekanter. "Ved at bruge denne teknik planlægger vi at udforske specielle funktionelle netværk ved hjælp af andre typer partikler, inklusive halvledende partikler, magnetiske partikler, kulstof nanorør, DNA og proteiner, ” siger Vakarelski.