Nanodoter av järnoxid lades ut i ett mycket ordnat mönster utan användning av mallar. Partiklarnas medeldiameter var 25 nanometer, med regelbundet avstånd på 45 nm.
(Phys.org) - Det finns knappast ett ögonblick i det moderna livet som inte involverar elektroniska enheter, oavsett om de guidar dig till en destination med GPS eller bestämmer vilka inkommande meddelanden som ger ett pip, ring eller vibration. Men vår förväntan att nästa shoppingsäsong oundvikligen kommer att erbjuda en uppgradering till mer kraftfulla prylar beror till stor del på storlek-nämligen branschens förmåga att krympa transistorer så att fler får plats på allt tunnare spånytor.
Ingenjörer har klarat av elektronikminiatyrisering i decennier nu, och principen om att datorindustrin kommer att kunna göra det på ett regelbundet schema - som kodifierat i Moores lag - kommer inte att tvivlas på någon snar framtid, tack till forskare som University of South Carolina's Chuanbing Tang.
Tang är ledande när det gäller att konstruera små strukturer nedifrån och upp, snarare än uppifrån och ner. För närvarande, modern elektronik tillverkas främst av den senare metoden:den släta ytan på ett utgångsmaterial - säg, en skiva av kisel- etsas genom mikro- eller nanolitografi för att upprätta ett mönster på den.
Top-down-metoden kan innebära en prefabricerad mall, som en fotomask, för att fastställa mönstret. Men tillvägagångssättet blir mer och mer utmanande, för att minska storleken på funktionerna på de nödvändiga mallarna blir extremt dyrt eftersom ingenjörer arbetar sig längre ner i nanoskala. "Att gå från 500 till under 30 nanometer är kostnadsöverskridande för storskalig produktion, "sa Tang, en biträdande professor vid institutionen för kemi och biokemi vid USC's College of Arts and Sciences.
Chuanbing Tang (höger) och Christopher Hardy använde atomkraftsmikroskopi för att karakterisera nanoskala -mönstren de byggde uppifrån och upp.
Som kemist, Tang använder en bottom-up-metod:han arbetar med de enskilda molekylerna som går ut på en yta, locka dem att själv ordna in i de mönster som behövs. En etablerad metod för att göra detta innefattar block -sampolymerer, i vilken en polymerkedja består av två eller flera sektioner av olika polymeriserade monomerer.
Om de olika blockdelarna är korrekt utformade, blocken kommer att självaggregera när de placeras på en yta, och aggregeringen kan utnyttjas för att skapa önskvärda mönster på nanoskala utan att behöva några mallar. Di-block-sampolymerer av poly (etylenoxid) och polystyren, till exempel, har använts för att konstruera högordnade uppsättningar av vinkelräta cylindrar av nanoskala material. Avdunstning av lösningsmedel, eller glödgning, av dessa polymerer på ytor utövar ett yttre riktningsfält som kan förbättra mönsterprocessen och skapa nästan defektfria matriser.
Tangs laboratorium publicerade just ett papper för den särskilda "Emerging Investigators 2013" -utgåvan av tidningen Kemisk kommunikation som tar denna metod till en ny nivå. Arbetar tillsammans med doktoranden Christopher Hardy, Tang ledde ett team som tillverkade nanopartiklar av rena, kristallin järnoxid med kontrollerad storlek och avstånd på kiselskivor genom att kovalent införliva en ferrocendel i en tri-block-sampolymer.
Att införliva metaller i nanoskalldesigner är avgörande för tillverkning av elektroniska enheter, och Tangs metod är ett steg framåt för fältet. Eftersom ferrocen är kovalent bunden till blocksampolymeren, det finns inget behov av ett komplexeringssteg för att tillsätta en metallhaltig förening till ytan-ett betungande krav för de flesta tidigare metoder. Dessutom, deras teknik är ett steg bortom relaterade polymersystem som innehåller kovalenta ferrocenylsilanlänkar, där avlägsnande av de organiska komponenterna lämnar kvar kiseloxid som en orenhet i metalloxiden.
Tekniken är ett lovande tillskott till de tillgängliga verktygen för att hantera det kroniska behovet av att minska storleken på elektroniska komponenter. "Branschen kommer inte att ersätta top-down-metoder, "Tang sa, "men de planerar att använda bottom-up tillsammans med de befintliga top-down-metoderna snart."
Det finns också mångsidighet i tekniken. "Här använder vi en ferrocenhaltig polymer, som vi omvandlar till oorganisk järnoxid. Men om vi ersätter ferrocenen i polymeren med kolprekursor, vi skulle kunna göra en vinkelrätt kol -nanorod, som skulle ha många möjliga användningsområden, "Sa Tang." Eller så kan vi införliva en halvledande polymer, som polytiofen, vilket skulle vara mycket användbart i solcellsapplikationer. "
