ANN ARBOR, Mich .--- agujas retorcidas, anillos concéntricos, y pétalos que se doblan con gracia son algunas de las nuevas formas tridimensionales que los ingenieros de la Universidad de Michigan pueden hacer a partir de nanotubos de carbono mediante un nuevo proceso de fabricación.

El proceso se llama "formación capilar, "y aprovecha la acción capilar, el fenómeno en el trabajo cuando los líquidos parecen desafiar la gravedad y viajar por una pajita por sí mismos.

Las nuevas formas en miniatura, que son difíciles, si no imposibles, de construir con cualquier material, tienen el potencial de aprovechar la mecánica excepcional, térmico, eléctrico, y propiedades químicas de los nanotubos de carbono de forma escalable, dijo A. John Hart, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y en la Escuela de Arte y Diseño.

Podrían conducir a sondas que pueden interactuar con células y tejidos individuales, dispositivos de microfluidos novedosos, y nuevos materiales con un mosaico personalizado de texturas y propiedades superficiales.

Un artículo sobre la investigación se publica en la edición de octubre de Materiales avanzados , y aparece en la portada.

"Es fácil hacer que los nanotubos de carbono sean rectos y verticales como los edificios, ", Dijo Hart." No ha sido posible convertirlos en formas más complejas. Ensamblar nanoestructuras en formas tridimensionales es uno de los principales objetivos de la nanotecnología. El método de formación capilar podría aplicarse a muchos tipos de nanotubos y nanocables, y su escalabilidad es muy atractiva para la fabricación ".

El método de Hart comienza estampando patrones en una oblea de silicio. Su tinta en este caso es el catalizador de hierro que facilita el crecimiento vertical de los nanotubos de carbono en las formas estampadas. En lugar de estampar un tradicional, cuadrícula uniforme de círculos, Hart sello círculos huecos, semicírculos y círculos con los más pequeños cortados de sus centros. Las formas están dispuestas en diferentes orientaciones y agrupaciones. Una de esas agrupaciones es un pentágono de semicírculos con sus lados planos hacia afuera.

Utiliza el proceso tradicional de "deposición química de vapor" para hacer crecer los nanotubos en los patrones prescritos. Luego suspende la oblea de silicio con su bosque de nanotubos sobre un vaso de precipitados de un solvente hirviendo, como la acetona. Deja que la acetona se condense en los nanotubos, y luego deja que la acetona se evapore.

A medida que el líquido se condensa, las fuerzas de acción capilar entran en acción y transforman los nanotubos verticales en intrincadas estructuras tridimensionales. Por ejemplo, altos semicilindros de nanotubos se doblan hacia atrás para formar una forma que se asemeja a una flor tridimensional.

"Programamos la formación de formas 3D con estos patrones 2D, ", Dijo Hart." Hemos descubierto que la forma inicial influye en cómo las fuerzas capilares cambian la geometría de las estructuras. Algunos se doblan otros se retuercen, y podemos combinarlos de la forma que queramos ".

El proceso de formación capilar permite a los investigadores crear grandes lotes de microestructuras 3D, todas mucho más pequeñas que un milímetro cúbico, sobre áreas esencialmente ilimitadas. Hart dijo. Además, los investigadores muestran que sus estructuras 3D son hasta 10 veces más rígidas que los polímeros típicos utilizados en la microfabricación. Por lo tanto, se pueden utilizar como moldes para la fabricación de las mismas formas 3D en otros materiales.

"Nos gustaría pensar que esto abre la idea de crear superficies y materiales nanoestructurados personalizados con geometrías y propiedades que varían localmente, "Hart dijo." Ahora, pensamos que los materiales tienen las mismas propiedades en todas partes, pero con esta nueva técnica podemos soñar con diseñar juntos la estructura y las propiedades de un material ".