En ny måde at lave mikrostrukturerede overflader på

Et team af forskere har skabt en ny måde at fremstille mikrostrukturerede overflader, der har nye tredimensionelle teksturer. Disse overflader, fremstillet ved selvsamling af carbon nanorør, kunne udvise en række nyttige egenskaber - herunder kontrollerbar mekanisk stivhed og styrke, eller evnen til at afvise vand i en bestemt retning.

"Vi har demonstreret, at mekaniske kræfter kan bruges til at dirigere nanostrukturer til at danne komplekse tredimensionelle mikrostrukturer, og at vi uafhængigt kan kontrollere ... de mekaniske egenskaber ved mikrostrukturerne, "siger A. John Hart, Mitsui Career Development lektor i maskinteknik på MIT og seniorforfatter af et papir, der beskriver den nye teknik i tidsskriftet Naturkommunikation .

Teknikken virker ved at få kulnanorør til at bøje, når de vokser. Mekanismen er analog med bøjningen af ​​en bimetalstrimmel, bruges som kontrol i gamle termostater, når det varmes:Et materiale ekspanderer hurtigere end et andet, der er bundet til det. Men i denne nye proces, materialet bøjer, når det frembringes ved en kemisk reaktion.

Processen begynder med at udskrive to mønstre på et substrat:Den ene er en katalysator af carbon nanorør; det andet materiale ændrer væksthastigheden for nanorørene. Ved at opveje de to mønstre, forskerne viste, at nanorørene bøjer sig til forudsigelige former, når de strækker sig.

"Vi kan specificere disse enkle todimensionale instruktioner, og få nanorørene til at danne komplekse former i tre dimensioner, "siger Hart. Hvor nanorør, der vokser med forskellige hastigheder, støder op til hinanden, "de skubber og trækker i hinanden, "producerer mere komplekse former, Hart forklarer. "Det er et nyt princip om at bruge mekanik til at kontrollere væksten af ​​et nanostruktureret materiale, " han siger.

Få fremstillingsprocesser med høj gennemstrømning kan opnå en sådan fleksibilitet ved at skabe tredimensionelle strukturer, Siger Hart. Denne teknik, tilføjer han, er attraktiv, fordi den kan bruges til at skabe store vidder af strukturerne samtidigt; formen på hver struktur kan specificeres ved at designe startmønsteret. Hart siger, at teknikken også kan muliggøre kontrol af andre ejendomme, såsom elektrisk og termisk ledningsevne og kemisk reaktivitet, ved at vedhæfte forskellige belægninger til carbon -nanorørene, når de vokser.

"Hvis du belægger strukturerne efter vækstprocessen, du kan udsøgt ændre deres egenskaber, "siger Hart. F.eks. belægning af nanorørene med keramik, ved hjælp af en metode kaldet atomlagdeponering, gør det muligt at kontrollere strukturenes mekaniske egenskaber. "Når der aflejres en tyk belægning, vi har en overflade med enestående stivhed, styrke, og sejhed i forhold til [dens] tæthed, "Hart forklarer." Når der aflejres en tynd belægning, strukturerne er meget fleksible og modstandsdygtige. "

Denne fremgangsmåde kan også muliggøre "high-fidelity replikation af de indviklede strukturer, der findes på skindet på visse planter og dyr, "Hart siger, og kunne gøre det muligt at masseproducere overflader med specialiserede egenskaber, såsom vandafvisende og klæbende evne hos nogle insekter. "Vi er interesserede i at kontrollere disse grundlæggende egenskaber ved hjælp af skalerbare fremstillingsteknikker, "Siger Hart.

Hart siger, at overfladerne har holdbarhed af carbon nanorør, som kunne give dem mulighed for at overleve i barske miljøer, og kunne tilsluttes elektronik og fungere som sensorer for mekaniske eller kemiske signaler.

Kevin Turner, en lektor i maskinteknik og anvendt mekanik ved University of Pennsylvania, som ikke var involveret i denne forskning, siger, at denne fremgangsmåde "er ganske ny, fordi den muliggør konstruktion af komplekse 3D-mikrostrukturer [sammensat] af carbon nanorør. Traditionelle mikrofabrikationstilgange, såsom mønster og ætsning, tillader generelt kun fremstilling af enkle 3D-strukturer, der i det væsentlige er ekstruderede 2-D-mønstre. "

Turner tilføjer, "Et særligt spændende aspekt af dette arbejde er, at strukturerne er sammensat af carbon nanorør, som har ønsket mekanisk, termisk, og elektriske egenskaber. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.