(Phys.org) —De mindre komponenterna blir, desto svårare är det att skapa mönster på ett ekonomiskt och reproducerbart sätt, enligt ett tvärvetenskapligt team av Penn State-forskare som, använda ljudvågor, kan placera nanotrådar i repeterbara mönster för potentiell användning i en mängd olika sensorer, optoelektronik och kretsar i nanoskala.

"Det finns sätt att skapa dessa enheter med litografi, men det är väldigt svårt att skapa mönster under 50 nanometer med litografi, sa Tony Jun Huang, docent i ingenjörsvetenskap och mekanik, Penn State. "Det är ganska enkelt nu att tillverka nanomaterial av metall med syntetisk kemi. Vår process tillåter mönsteröverföring av arrayer av dessa nanomaterial till substrat som kanske inte är kompatibla med konventionell litografi. Till exempel, vi kunde skapa nätverk av ledningar och sedan mönstra dem till uppsättningar av levande celler."

Forskarna tittade på placeringen av metalliska nanotrådar i lösning på ett piezoelektriskt substrat. Piezoelektriska material rör sig när en elektrisk spänning appliceras på dem och skapar en elektrisk spänning när de komprimeras.

I detta fall, forskarna applicerade en växelström på substratet så att materialets rörelse skapar en stående akustisk ytvåg i lösningen. En stående våg har nodplatser som inte rör sig, så nanotrådarna kommer till dessa noder och förblir där.

Om forskarna bara tillämpar en ström, sedan bildar nanotrådarna en endimensionell uppsättning med nanotrådarna uppradade topp mot svans i parallella rader. Om vinkelräta strömmar används, ett tvådimensionellt rutnät av stående vågor bildas och nanotrådarna rör sig till dessa rutnätspunktsnoder och bildar ett tredimensionellt gnistliknande mönster.

"Eftersom stigningen hos både endimensionella och tvådimensionella strukturer är känslig för frekvensen av det akustiska vågfältet på stående yta, denna teknik möjliggör mönstring av nanotrådar med inställbart avstånd och densitet, " rapporterar forskarna i ett färskt nummer av ACS Nano .

Nanotrådarna i lösning kommer att lägga sig på substratet när lösningen avdunstar, bevara mönstret. Forskarna noterar att de mönstrade nanotrådarna sedan kunde överföras till organiska polymersubstrat med god noggrannhet genom att placera polymeren på toppen av nanotrådarna och med lätt tryck, överföra nanotrådarna. De föreslår att nanotrådarna sedan skulle kunna överföras till stela eller flexibla substrat från den organiska polymeren med hjälp av mikrokontakttrycktekniker som är väl utvecklade.

"Vi tror verkligen att vår teknik kan vara extremt kraftfull, ", sa Huang. "Vi kan ställa in mönstret till den konfiguration vi vill ha och sedan överföra nanotrådarna med en polymerstämpel."

Avståndet mellan noderna där nanotrådar avsätts kan justeras i farten genom att ändra frekvensen och interaktionen mellan de två elektriska fälten.

"Detta skulle spara mycket tid jämfört med litografi eller andra statiska tillverkningsmetoder, sa Huang.

Forskarna undersöker för närvarande mer komplexa konstruktioner.