美开发出热蘸笔纳米光刻技术

2011-11-09 10:56 来源: 科技日报
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  据美国物理学家组织网11月7日报道,美国科学家首次厘清了温度在蘸笔纳米光刻技术中的作用,据此研制出的热蘸笔纳米光刻技术能在物质表面构造大小为20纳米的结构。借助这一技术,科学家们能廉价地在多种材料表面构造和种植出纳米结构,用以制造电路和化学传感器,或者研究药物如何依附于蛋白质和病毒上。

  为了在一个基座上直接构造纳米结构,科学家们一般使用原子力显微镜(AFM)探针做笔,通过分子扩散将墨水分子沉积在基座表面上。这项技术很昂贵,需要特殊的环境且只能使用几种材料。而蘸笔纳米光刻技术则利用原子力显微镜探针把墨水分子传输至基底表面,使之形成自组装的单分子层,其具有高分辨率、定位准确和直接书写等优点,几乎适用于所有环境和多种不同的化合物。热蘸笔纳米光刻技术则可将原子力显微镜变成细小的“烙铁”,从而应用在固体材料上。

  劳伦斯伯克利国家实验室分子工厂的临时主任吉姆·德约尔和同事在研究中系统调查了温度对纳米结构尺寸的影响并研发出了一个新的模型,解析墨水分子如何从书写探针到达基座,然后组合成一些有序的层并成为一个纳米大小的结构。德约尔表示:“以探针为基础的制造技术有望精确制造出纳米尺度的设备。然而,我们需要深刻理解墨水分子是如何转移到基座上的,最新研究首次让我们厘清了这一点。”

  伯克利实验室物理生物科学分部的宗承旭(音译)表示:“通过认真探究温度在热蘸笔纳米光刻技术中的作用,我们能设计和制造出从小分子到聚合物的纳米尺寸结构,也能更好地控制其在各种不同基座上的大小和形状。”

  德约尔、宗承旭与伊利诺伊大学香槟分校(在制造特殊的原子力显微镜探针方面首屈一指)的科学家们携手,将带不同电荷的原子倾入硅中,随后,带电多的原子会更多地留在基座上而带电少的原子则位于探头处,当电流通过时会将探头加热,就像在电炉上燃烧一样,由此他们就研制出了这款像烙铁一样的硅基原子力显微镜探针。

  这种“纳米加热器”能被用来给施加于其上的墨水加热,使墨水流到表面,从而制造出纳米尺寸的结构。借用这一方法,该研究团队在金表面画出了有机分子16-巯基十六酸的点和线。而且,探头越热,能画出的结构就越大。

  参与该研究的伊利诺伊大学机械和工程学教授威廉姆·金表示:“最新方法让我们能清楚地知道墨水分子如何流到基座上,据此,我们能很好地控制温度,从而控制基座上纳米结构的大小和形状。”