Los metales nanoporosos, materiales similares a espuma que tienen cierto grado de vacío de aire en su estructura, tienen una amplia gama de aplicaciones debido a sus cualidades superiores.

Poseen una gran superficie para una mejor transferencia de electrones, lo que puede conducir a la mejora del rendimiento de un electrodo en un condensador eléctrico doble o en una batería. Los metales nanoporosos ofrecen un mayor número de sitios disponibles para la adsorción de analitos, una característica muy deseable para los sensores.

Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) han desarrollado una forma rentable y más eficiente de fabricar metales nanoporosos en muchas escalas, de nanoescala a macroescala, que es visible a simple vista.

El proceso comienza con una oblea de silicio de cuatro pulgadas. Se agrega una capa de metal y se pulveriza a través de la oblea. Oro, Para este proyecto de investigación se utilizaron plata y aluminio. Sin embargo, el proceso de fabricación no se limita a estos metales.

Próximo, se agrega una mezcla de dos polímeros al sustrato metálico para crear patrones, un proceso conocido como litografía de copolímeros dibloque (BCP). El patrón se transforma en una sola máscara de polímero con características de tamaño nanométrico. Último, se utiliza una técnica conocida como fresado por haz de iones anisotrópicos (IBM) para grabar a través de la máscara y hacer una serie de agujeros, creando el metal nanoporoso.

Durante el proceso de fabricación, La rugosidad del metal se examina continuamente para garantizar que el producto terminado tenga una buena porosidad. que es clave para crear las propiedades únicas que hacen que los materiales nanoporosos funcionen. Cuanto más áspero es el metal, menos uniformemente poroso se vuelve.

"Durante la fabricación, nuestro equipo logró una cobertura de poros del 92 por ciento con una uniformidad del 99 por ciento sobre una oblea de silicio de 4 pulgadas, lo que significa que el metal era liso y uniformemente poroso, "dijo Tiziana Bond, un ingeniero de LLNL que es miembro del equipo de investigación conjunto.

El equipo ha definido una métrica, basada en una correlación parametrizada entre la cobertura de poros de BCP y la rugosidad de la superficie del metal, mediante la cual se debe detener la fabricación de metales nanoporosos cuando el resultado conocido es la porosidad desigual. ahorrando tiempo y costos de procesamiento.

“El verdadero avance es que creamos una nueva técnica para fabricar metales nanoporosos que es barata y se puede hacer en muchas escalas evitando la técnica de despegue para eliminar metales, con control de calidad en tiempo real, ", Dijo Bond." Estos metales abren el espacio de aplicación a áreas como la recolección de energía, estudios electroquímicos y de detección ".

La técnica de despegue es un método de modelar materiales objetivo en la superficie de un sustrato utilizando un material de sacrificio. Uno de los mayores problemas con esta técnica es que la capa de metal no se puede despegar uniformemente (o en absoluto) a nanoescala.

Los hallazgos del equipo de investigación se informaron en un artículo titulado "Fabricación en muchas escalas:cobertura de macroescala de alta fidelidad de matrices de metal nanoporoso a través de nanofrabicación sin despegue". Fue la historia de portada en un número reciente de Interfaces de materiales avanzados .

Otras aplicaciones de los metales nanoporosos incluyen el apoyo al desarrollo de nuevos metamateriales (materiales de ingeniería) para el filtrado y la manipulación mejorados por radiación, incluida la luz ultravioleta profunda. Estas aplicaciones son posibles porque los materiales nanoporosos facilitan la mejora anómala de la luz transmitida (o reflejada) a través del túnel de los plasmones superficiales. una característica ampliamente utilizable por dispositivos emisores de luz, litografía plasmónica, detección basada en el índice de refracción y conmutación totalmente óptica.