• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Kontrollerad brytning av tunna filmer kan skapa billiga nanomönstrade arrayer för solceller och biomolekylär detektion

    Forskare har utvecklat en receptbok med olika nanomönstrade ytor som är möjliga genom att kombinera avvätningstekniker med 3D-ytmallar. Kredit:Reproducerad från Ref. 1 och licensierad enligt CC BY 4.0 © 2016 L. X. Lu et al.

    Fenomenet "avvätning" - vanligtvis betraktat som ett besvär eftersom det får fasta ämnen att pärla upp sig i öar, ungefär som regndroppar på glas – har utnyttjats för en användbar applikation. Ett team som leds av A*STAR har klargjort hur avvätning kan sammanställa arrayer av 3-D nanostrukturer för tillämpningar inklusive avkänning av en enda molekyl.

    Solid state-filmer som nyligen applicerats på mikroelektroniska enheter delas ibland isär vid temperaturer som är mycket lägre än typiska smältpunkter, på grund av den höga energin vid gränsytan mellan filmen och substratet. Denna avvätningseffekt blir alltmer problematisk vid filmdimensioner i nanoskala; men det har också inspirerat forskare som letar efter ett enkelt sätt att producera mönstrade substrat.

    Liangxing Lu från A*STAR Institute of High Performance Computing och medarbetare visade nyligen att metallfilmer kan omvandlas till "nano-aperture"-arrayer - små porer med dimensioner som kan styras ner till 10 nanometer - genom att utföra avvätning på ytmallar som innehåller 3 -D åsar och krusningar. Dock, teamet fann att mallarna endast producerade nanoöppningar från metallfilmer med en viss tjocklek; annat, slumpmässiga nanodot-funktioner dök upp.

    "Många faktorer påverkar avvätningsprocessen, och det finns också många typer av jämviktsstrukturer, " säger Lu. "Att hitta förutsättningarna för utvalda morfologier är komplext och svårt."

    För att använda avvätning för andra nanostrukturformer, Lu och kollegor utvecklade en anpassad algoritm för att simulera avvätning i fast tillstånd. Deras teknik beräknar alla möjliga nanomönster för en avvätningsfilm på en mall och ser den lägsta energikonfigurationen. Sedan, diffusionsberäkningar avslöjar hur rörelser mellan intilliggande nano-öar sänker systemets totala fria energi.

    "Denna modell ignorerar den detaljerade kinetiken, och istället analyserar diffusionsvägarna för jämviktsmorfologier på ett givet substrat, " förklarar Lu. "De enda drivkrafterna är yt- och gränssnittsenergierna, vilket förenklar problemet."

    Genom sina beräkningar, forskarna tog fram detaljerade beskrivningar av droppsammansmältning inuti gropformade mallar, och pärlor ovanpå bordsliknande "mesa"-mallar. Sedan, de genererade fasdiagram som identifierade möjligt avvätningsbeteende på olika formade mallar – riktlinjer som visade sig användbara för tillverkningsförsök.

    Samarbetspartners vid A*STARs Institute of Materials and Research Engineering verifierade detta analytiska tillvägagångssätt genom att belägga 100 nanometer höga mesa-mallar med guldfilmer, och inducerade sedan avvätning genom att värma substratet. Med elektronmikroskopibilder, de fångade guldnanomönster som matchade deras fassimuleringar, med bara ett undantag:defekter, som korngränser, störde de naturliga avvätningsmönstren.

    Lu tror att sådana grundläggande tillverkningsinsikter kan hjälpa till att optimera avvätningstekniker för metalliska sammankopplingar och galler, såväl som tillväxten av speciella morfologier, såsom nanotrådar.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com