Från solceller som fångar mer ljus, till medicinsk utrustning som motstår kolonisering av bakterier; det finns många applikationer för material som har en borstig beläggning av nanotrådar av kisel. Att skapa dessa nanostrukturerade kiselytor kan vara utmanande - men A*STAR-forskare har nu upptäckt hur man kontrollerar minst en väg.

Metallassisterad kemisk etsning (MacEtch) är ett av de mest skalbara och kostnadseffektiva sätten att forma dessa ytor, men forskare stöter ofta på diskrepanser mellan befintliga MacEtch-modeller och processen i verkligheten.

Sing Yang Chiam vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och hans kollegor har nu upptäckt den centrala styrmekanismen som MacEtch arbetar med. "Vi blev mycket förvånade över våra upptäckter, " säger Chiam. "Först efter många upprepade tester, och studera det från många vinklar, blev vi övertygade av vår modell."

MacEtch är baserad på kisel interaktion med en katalysator (som guld) i en väteperoxid "etsningslösning". Vid beläggning på kisel, katalysatorn accelererar väteperoxidens angrepp på dess yta. Processen kan styras, dock, genom att placera vissa blockerande metaller mellan katalysatorn och kislet. Om detta mellanskikt placeras i ett prickmönster över kislet, när väteperoxiden tillsätts, kislet under prickarna är skyddat från etsning. Dessa skyddade punkter blir nanotrådar av kisel när kislet runt dem löses upp.

Chiam och hans team visade nyligen att krommetall är ett bra blockerande lager. Dock, varför krom fungerade bra, och vilka andra metaller som också kan fungera bra, var inte känt. "Vi försökte hitta den grundläggande styrmekanismen, ", säger Chiam. "Då skulle vi lättare kunna avgöra om ett material borde fungera eller inte.

Efter att systematiskt studera olika blockerande metaller, forskarna kullkastade snart den rådande idén att katalysatorn kontrollerar etsningen genom att hjälpa till att injicera positiva laddningar vid gränssnittet mellan katalysator och kisel.

Istället, de visade att etsning kontrolleras av en kemisk "redox"-reaktion mellan katalysatorn och kislet. Endast metaller med tillräckligt hög redoxpotential kan reagera med och avlägsna kiselatomer. Denna upptäckt hjälper till att förena tidigare experimentella avvikelser som kromresultatet och innebär att MacEtch-katalysatorer eller blockerande material kan väljas helt enkelt genom att leta upp deras redoxpotential.

Teamet använder redan sin nya förståelse för att producera ännu mer detaljerade, djupare etsade nanostrukturer av kisel, säger Chiam. Tillämpningar sträcker sig från filtrering till mikroelektronik, han lägger till. "Vi ser fram emot att hitta rätt partner för att ta vår upptäckt och teknik framåt."