Lydbølger placerer nanotråde præcist

(Phys.org) - De mindre komponenter bliver, jo vanskeligere det er at skabe mønstre på en økonomisk og reproducerbar måde, ifølge et tværfagligt team af forskere i Penn State, der, ved hjælp af lydbølger, kan placere nanotråde i gentagelige mønstre til potentiel brug i en række forskellige sensorer, optoelektronik og nanoskala kredsløb.

"Der er måder at oprette disse enheder på med litografi, men det er meget svært at oprette mønstre under 50 nanometer ved hjælp af litografi, "sagde Tony Jun Huang, lektor i ingeniørvidenskab og mekanik, Penn State. "Det er ret simpelt nu at lave metal -nanomaterialer ved hjælp af syntetisk kemi. Vores proces tillader mønsteroverførsel af arrays af disse nanomaterialer til substrater, der muligvis ikke er kompatible med konventionel litografi. F.eks. vi kunne lave netværk af ledninger og derefter mønstre dem til arrays af levende celler. "

Forskerne kiggede på placeringen af ​​metalliske nanotråde i opløsning på et piezoelektrisk substrat. Piezoelektriske materialer bevæger sig, når en elektrisk spænding påføres dem, og skaber en elektrisk spænding, når de komprimeres.

I dette tilfælde, forskerne påførte en vekselstrøm på substratet, så materialets bevægelse skaber en akustisk bølge i stående overflade i opløsningen. En stående bølge har nodeplaceringer, der ikke bevæger sig, så nanotrådene ankommer til disse knuder og forbliver der.

Hvis forskerne kun anvender en strøm, derefter danner nanotrådene en endimensionel matrix med nanotrådene opstillet fra hoved til hale i parallelle rækker. Hvis der bruges vinkelrette strømme, et todimensionalt gitter af stående bølger dannes, og nanotråde bevæger sig til disse gitterpunktsknudepunkter og danner et tredimensionelt gnistlignende mønster.

"Fordi tonehøjden for både de endimensionale og todimensionelle strukturer er følsom over for frekvensen af ​​det akustiske bølgefelt på stående overflade, denne teknik giver mulighed for mønster af nanotråde med indstillelig afstand og tæthed, "rapporterer forskerne i en nylig udgave af ACS Nano .

Nanotråde i opløsning sætter sig på plads på substratet, når opløsningen fordamper, bevarer mønsteret. Forskerne bemærker, at de mønstrede nanotråde derefter med god nøjagtighed kan overføres til organiske polymersubstrater ved at placere polymeren på toppen af ​​nanotrådene og med let tryk, overførsel af nanotråde. De foreslår, at nanotrådene derefter kunne overføres til stive eller fleksible substrater fra den organiske polymer ved hjælp af mikrokontakt-trykteknikker, der er veludviklede.

"Vi tror virkelig, at vores teknik kan være ekstremt kraftfuld, "sagde Huang." Vi kan indstille mønsteret til den konfiguration, vi ønsker, og derefter overføre nanotråde ved hjælp af et polymerstempel. "

Afstanden mellem de noder, hvor nanotråde aflejring kan justeres i farten ved at ændre frekvensen og interaktionen mellem de to elektriske felter.

"Dette ville spare meget tid i forhold til litografi eller andre statiske fremstillingsmetoder, "sagde Huang.

Forskerne undersøger i øjeblikket mere komplekse designs.