En ny måde at bygge nanostrukturer på

Fremstilling af tredimensionelle nanostrukturerede materialer-materialer, der har særprægede former og strukturer i skalaer på et par milliarddeler af en meter-er blevet et frugtbart forskningsområde, producere materialer, der er nyttige til elektronik, fotonik, fonologi og biomedicinsk udstyr. Men metoderne til fremstilling af sådanne materialer har været begrænset i den 3D-kompleksitet, de kan producere. Nu, et MIT-team har fundet en måde at producere mere komplicerede strukturer ved at bruge en blanding af nuværende "top-down" og "bottom-up" -tilgange.

Værket er beskrevet i et papir, der blev offentliggjort i juni i tidsskriftet Nano bogstaver , medforfatter af postdoc Chih-Hao Chang; George Barbastathis, Singapore Research Professor i optik og professor i maskinteknik; og seks MIT -kandidatstuderende.

En tilgang til at lave tredimensionelle nanostrukturer-en top-down-tilgang-kaldes faseskift-litografi, hvor en todimensionel maske former intensiteten af ​​lys, der skinner på et lag af fotoresist materiale (på samme måde styrer en fotografisk negativ mængden af ​​lys, der når forskellige områder af et tryk). Fotoresisten ændres kun i de områder, lyset når. Imidlertid, denne fremgangsmåde kræver meget præcist fremstillede fasemasker, som er dyre og tidskrævende at lave.

En anden metode-en bottom-up-tilgang-er at bruge selvsamlende kolloidale nanopartikler, der danner sig til visse energisk gunstige tætpakket arrangementer. Disse kan derefter bruges som en maske til fysiske aflejringsmetoder, såsom dampaflejring, eller ætsning af overfladen, at producere 2-D strukturer, ligesom en stencil kan bruges til at kontrollere, hvor maling når en overflade. Men disse metoder er langsomme og begrænset af fejl, der kan dannes i selvmonteringsprocessen, så selvom de kan bruges til fremstilling af 3D-strukturer, dette gøres vanskelig, fordi eventuelle defekter forplanter sig gennem lagene.

"Vi gør lidt af begge dele, "Chang siger." Vi tog en kemists metode og tilføjede en smag af teknik. "

Den nye metode er en hybrid, hvor det selvsamlede array produceres direkte på et substratmateriale, udfører funktionen af ​​en maske til litografiprocessen. De enkelte nanopartikler, der samles på overfladen, fungerer hver især som små linser, fokusere strålen i et intensitetsmønster bestemt af deres placering på overfladen. Metoden, forfatterne siger i deres papir, "kan implementeres som en ny teknik til at fremstille komplekse 3D-nanostrukturer inden for alle områder af nanoskala-forskning."

Afhængigt af formerne og arrangementerne af de små glasperler, de bruger til selve samlingsdelen af ​​processen, det er muligt at skabe et stort udvalg af strukturer, "fra huller til stolper med højere densitet, ringe, blomstrende strukturer, alle bruger det nøjagtig samme system, "Chang siger." Det er en meget enkel måde at lave 3D-nanostrukturer på, og sandsynligvis den billigste måde lige nu. Du kan bruge det til mange ting. "

Holdkammerater, hvis speciale er i optik, sige, at de første strukturer, de planlægger at lave, er fotoniske krystaller, hvis struktur kan manipulere adfærden af ​​lysstråler, der passerer gennem dem. Men metoden kan også bruges til at lave fononiske materialer, som styrer bølger af varme eller lyd, eller endda at lave filtre med præcist kontrolleret porøsitet, som kan have biomedicinske anvendelser.

John Rogers SM '92, PhD '95, en professor i materialevidenskab og teknik og professor i kemi ved University of Illinois i Urbana-Champaign, der ikke var involveret i dette arbejde, siger, at disse MIT -forskere har fundet "en bemærkelsesværdig enkel måde at gøre en meget hård ting i nanofabrikation, dvs. at skabe storstilet, tredimensionelle nanostrukturer med nyttige former. "

Rogers siger, "Den eksperimentelle enkelhed, og den deraf følgende adgang til strukturer, der ville være vanskelige eller umulige at opnå på andre måder, foreslå, at tilgangen vil være nyttig for mange anvendelsesområder, lige fra fotoniske krystaller til konstruerede filtermembraner og andre. "