(PhysOrg.com) - Una caja fuerte, sencillo, Investigadores del Departamento de Ingeniería Química de Penn State han desarrollado un método económico para crear pozos de micrones perfectamente grabados y de menor tamaño en una variedad de sustratos. Superficies con patrones similares se fabrican actualmente utilizando métodos de fotolitografía complejos y costosos y procesos de grabado en condiciones de sala limpia y se utilizan en la fabricación de muchas ópticas, eléctrico, y dispositivos mecánicos.

El descubrimiento del nanopozo fue realizado en los laboratorios de Darrell Velegol y Seong Kim por el estudiante graduado de Velegol, Neetu Chaturvedi, y la estudiante de posgrado de Kim, Erik Hsiao. Un artículo que detalla su investigación, “Fabricación sin máscara de nanopozos utilizando coloides químicamente reactivos, ”Apareció en la edición en línea de la revista Nano letras en enero de 2011. En colaboración con Chaturvedi, Hsiao estaba trabajando en un proyecto para adherir poliestireno en una oblea de silicio para crear nanoestructuras con dimensiones conocidas. Cuando Hsiao le pidió que calentara una de sus muestras, una falta de comunicación la llevó a calentar el poliestireno y la oblea de silicio a baja temperatura en agua en el autoclave normalmente utilizado para muestras biológicas en lugar de en el horno de vacío. Cuando miraron las muestras bajo el microscopio de fuerza atómica (AFM), notaron que se habían formado agujeros debajo de las partículas de poliestireno. Un examen más detallado bajo el microscopio electrónico de barrido (SEM) mostró que estaban perfectamente grabados, agujeros de forma piramidal en el sustrato debajo de los lugares donde las partículas coloidales de látex de poliestireno funcionalizadas con amidina se habían adherido al dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio.

“Vimos tres agujeros en la muestra en la primera imagen de AFM y no sabíamos qué significaba ya que esperábamos parches de polímero con forma de panqueque en la muestra, ”Dijo Hsiao. Llevaron la muestra a sus asesores, que fueron sorprendidos por la oblea grabada. Al repasar los pasos que habían dado los estudiantes, los investigadores se dieron cuenta de que los pozos se producían cuando el agua hidrolizaba el grupo amidina en la partícula, y a través de una serie de reacciones químicas, creó un ion hidróxido que grabó el pozo en la oblea de silicio. Los agujeros eran uniformes y su tamaño y profundidad dependían totalmente del tamaño de la partícula de poliestireno original. aunque la orientación del cristal de silicio afectó la forma de los pozos. En una orientación (100), los pozos eran perfectas pirámides invertidas de cuatro lados. En la otra orientación (111), los pozos eran perfectos hexágonos. Los cuatro investigadores los llamaron nanopozos, porque la dimensión inferior de los pozos tenía solo un par de nanómetros de diámetro. Pronto se dieron cuenta de que habían descubierto un nuevo método sin máscara para crear estructuras en silicio sin los complicados pasos que normalmente se requieren en una sala limpia.

"Estamos enviando iones de hidróxido directamente a donde queremos grabar, Velegol explicó. “Es mucho más seguro y económico que la litografía por rayos X y por haz de electrones. Es tan seguro que prácticamente podrías comer estas partículas sin ningún daño ".

"Creemos que este es un descubrimiento bastante general, ”Agregó Kim. “Es una forma de ofrecer química localmente en lugar de a granel. Muchos metales, cerámica, y otros materiales se pueden grabar con esta técnica ".

Otro beneficio potencial del descubrimiento es la capacidad de crear patrones en superficies curvas, algo que es difícil de hacer con la fotolitografía convencional. Dado que las partículas están suspendidas en agua, pueden adherirse a la superficie de cualquier forma y espaciarse uniformemente sobre la superficie. Los investigadores apenas están comenzando a tener ideas interesantes sobre cómo utilizar la técnica simple.

Muchos avances provienen de accidentes, Velegol comentó, porque una vez que se sabe algo, la gente trabaja en él muy rápidamente hasta que ha completado todas las piezas y hay menos por descubrir. Los accidentes están fuera del patrón. “Es una de esas situaciones, como dijo Pasteur, en las que el azar favorece a la mente preparada. Nunca hubiéramos pensado en probar este tipo de química. Pero Neetu había estado trabajando con estos coloides durante varios años, y Erik tenía experiencia con AFM, por lo que estaban bien preparados para aprovechar el accidente, Velegol concluyó.