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长三角G60激光联盟导读
据悉 ， 研究人员开发了一种在表面上精确排列纳米级颗粒的技术 ， 例如硅芯片 ， 而不会损坏材料 。
麻省理工学院的研究人员开发了一种技术 ， 可以精确控制纳米颗粒在材料上的排列和放置 ， 比如用于计算机芯片的硅 ， 这种技术不会损坏或污染材料表面 。
纳米颗粒接触打印可实现精确、可扩展和原始颗粒图案 。
该技术将化学和定向组装工艺与传统制造技术相结合 ， 能够有效地形成高分辨率、纳米级特征 ， 并将其与传感器、激光器和LED等设备的纳米颗粒集成 ， 从而提高其性能 。
晶体管和其他纳米级器件通常由自上而下制造——材料被蚀刻掉 ， 以达到所需的纳米结构排列 。 但是 ， 创建能够实现最高性能和新功能的最小纳米结构需要昂贵的设备 ， 并且仍然很难在规模和所需分辨率下进行 。
通过界面工程提高转移产率 。
组装纳米器件的更精确方法是自下而上 。 实验中 ， 工程师们使用化学方法在溶液中“生长”纳米颗粒 ， 将溶液滴到模板上 ， 排列纳米颗粒 ， 然后将其转移到表面 。 然而 ， 这项技术也面临着严峻的挑战 。 首先 ， 成千上万的纳米颗粒必须有效地排列在模板上 。 而将它们转移到表面通常需要化学胶水、高压或高温 ， 这可能会损坏表面和最终的设备 。
麻省理工学院的研究人员开发了一种新的方法来克服这些限制 。 他们利用纳米尺度上存在的强大力量 ， 以所需的模式有效地排列粒子 ， 然后在没有任何化学物质或高压的情况下 ， 在较低的温度下将它们转移到表面 。 由于表面材料保持原始 ， 这些纳米级结构可以并入电子和光学器件的组件中 ， 即使是微小的缺陷也会影响性能 。
多种多样的表面和设计 。
这项研究发表在《Science Advances》杂志上 。 Niroui的合著者是主要作者Weikun“Spencer”Zhu（化学工程系研究生） ， 以及EECS研究生Peter F.Satterthwaite、Patricia Jastrzebska Perfect和Roberto Brenes 。
使用forces
为了开始他们的制造方法 ， 即所谓的纳米颗粒接触打印 ， 研究人员使用化学方法在溶液中制造出具有特定尺寸和形状的纳米颗粒 。 在肉眼看来 ， 这看起来像一小瓶有色液体 ， 但用电子显微镜放大会发现数百万个立方体 ， 每个只有50纳米大小 。 （人的头发大约有80000纳米宽 。 ）
然后 ， 研究人员制作了一个柔性表面模板 ， 表面覆盖着纳米颗粒大小的导向器或陷阱 ， 按照他们希望纳米颗粒的形状排列 。 在向模板中加入一滴纳米颗粒溶液后 ， 他们使用两个纳米级的力将颗粒移动到正确的位置 。 然后将纳米颗粒转移到任意表面上 。
镜面纳米空腔阵列上接触打印颗粒的均匀光谱响应 。
在纳米尺度上 ， 不同的力成为主导力（就像重力在宏观尺度上是主导力一样） 。 当纳米颗粒处于液体中时 ， 毛细力占主导地位 ， 而在纳米颗粒与其接触的固体表面之间的界面处 ， 范德华力占主导 。 当研究人员添加一滴液体并将其拖过模板时 ， 毛细管力将纳米颗粒移动到所需的陷阱中 ， 并将其精确地放置在正确的位置 。 一旦液体干燥 ， 范德华力就会将这些纳米颗粒保持在适当的位置 。
他们将模板导向器设计为正确的尺寸和形状 ， 并以精确的正确排列方式 ， 以便力共同作用来排列粒子 。 然后将纳米颗粒打印到表面上 ， 无需任何溶剂、表面处理或高温 。 这样可以保持表面的原始性和特性 ， 同时允许95%以上的产率 。 为了促进这种转移 ， 需要对表面力进行设计 ， 以使范德华力足够强 ， 从而一致地促进颗粒从模板中释放 ， 并在接触时附着到接收表面 。
独特的形状、多样的材料、可扩展的加工
该团队使用这种技术将纳米颗粒排列成任意形状 ， 如字母表中的字母 ， 然后以极高的位置精度将它们转移到硅上 。 该方法还适用于具有其他形状的纳米颗粒 ， 如球体 ， 以及不同的材料类型 。 它可以有效地将纳米颗粒转移到不同的表面 ， 比如金 ， 甚至是下一代电子和光学结构和器件的柔性基板 。
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