(PhysOrg.com) - En ingenjörsforskare vid University of Arkansas och hans kollegor vid University of Utah har upptäckt en ny metod för att göra nanopartiklar och nanofilmer för att utveckla bättre elektroniska enheter, biosensorer och vissa typer av kraftfulla och högspecifika mikroskop som används för vetenskaplig forskning.
Den oändliga strävan efter att bygga snabbare, mer effektiva och mer tillförlitliga elektroniska enheter börjar djupt ner under molekylnivån, där nanopartiklar - alldeles för små för det mänskliga ögat att upptäcka - utgör byggstenarna i den senaste bearbetningshårdvaran. I jakten på detta mål, forskare och ingenjörer undersöker ständigt nya material och bättre metoder för att utveckla eller montera dessa material.
Forskarnas nanopartiklar, tillverkad av guld och avsatt på kiselsubstrat genom en unik kemisk process, är giftfria och billiga att göra och har överlägsna dimensioner, densiteter och distribution jämfört med andra nanopartiklar och konventionella metoder för att producera nanopartiklar. Den unika avsättningstekniken har den ytterligare fördelen att den snabbt kan täcka ömtålig, tredimensionella och inre ytor vid omgivningens temperatur och tryck utan att behöva ledande underlag eller dyra, sofistikerad utrustning.
”Genom att använda på varandra följande termiska behandlingar, vi kännetecknade optiska och strukturella egenskaper hos en billig, molekyl-till-molekyl, bottom-up-tillvägagångssätt för att skapa termiskt stabila, guld-nanopartikelensembler på kiseldioxid, ”Sa Keith Roper, docent i kemiteknik vid University of Arkansas. ”Bilder och analyser från skanningselektronmikroskopi och atomkraftsmikroskopi avslöjade att partikeltätheten är den högsta som rapporterats hittills. Vår metod möjliggör också snabbare förberedelse än självmontering eller litografi och tillåter riktad montering av nanopartikelensembler på 3D-ytor. ”
Forskarnas unika tillvägagångssätt förbättrar en metod som innebär att man lägger ner atomer från en lösning på ett substrat med en tennkänslig yta. Forskarna använder en ny kontinuerlig deponeringsprocess och värmer sedan dessa deponerade atomer för att omvandla "öar" av nanopartikelmaterial till önskade former. De resulterande sfäriska nanopartiklarna kan ha diametrar mellan 5 och cirka 300 nanometer. En nanometer är en miljarddels meter. Ett människohår har vanligtvis en diameter på 70, 000 nanometer.
Roper sa att mikroskopiska bilder och spektroskopiska data tyder på att ultratunna filmer framställda med deras nya tillvägagångssätt är mjukare än konventionella "sputtrade" eller avdunstade guldfilmer och kan uppvisa bättre optiska egenskaper, såsom minskad ytråhet. Dessa egenskaper är önskvärda i anordningar såsom fotovoltaiska celler där smala metallskikt signifikant påverkar lokala elektromagnetiska fält. Smidigare tunna filmer kan också förbättra detektionsgränserna, känslighet och fotoströmning, respektive, i sådana applikationer.
Forskarnas senaste studier inom detta område har publicerats i Langmuir och Journal of Physical Chemistry C , tidskrifter från American Chemical Society. Forskarna tilldelades U.S. patent nr 8, 097, 295 den 17 januari för utvecklingen.
