(PhysOrg.com) - Um cofre, simples, e um método barato de criar microns perfeitamente gravados e poços de tamanho menor em uma variedade de substratos foi desenvolvido por pesquisadores do Departamento de Engenharia Química da Penn State. Superfícies padronizadas semelhantes são feitas atualmente usando métodos complexos e caros de fotolitografia e processos de corrosão sob condições de sala limpa e usados ​​na fabricação de muitos sistemas ópticos, elétrico, e dispositivos mecânicos.

A descoberta do nanopoço foi feita nos laboratórios de Darrell Velegol e Seong Kim pelo aluno de graduação de Velegol, Neetu Chaturvedi, e estudante de pós-graduação de Kim, Erik Hsiao. Um artigo detalhando sua pesquisa, “Fabricação sem máscara de nanopoços usando coloides quimicamente reativos, ”Apareceu na edição online da revista Nano Letras em janeiro de 2011. Em colaboração com Chaturvedi, Hsiao estava trabalhando em um projeto para aderir poliestireno em uma pastilha de silício para criar nanoestruturas com dimensões conhecidas. Quando Hsiao pediu a ela para aquecer uma de suas amostras, uma falha de comunicação a levou a aquecer o poliestireno e o wafer de silício a baixa temperatura em água na autoclave normalmente usada para amostras biológicas, em vez de no forno a vácuo. Quando eles olharam para as amostras no microscópio de força atômica (AFM), eles notaram que buracos se formaram sob as partículas de poliestireno. Um exame mais aprofundado sob o microscópio eletrônico de varredura (SEM) mostrou-os perfeitamente gravados, orifícios em forma piramidal no substrato abaixo dos locais onde as partículas de látex de poliestireno funcionalizadas com amidina aderiram ao dióxido de silício na superfície da pastilha de silício.

“Vimos três furos na amostra na primeira imagem AFM e não sabíamos o que significava, pois esperávamos manchas de polímero semelhantes a panquecas na amostra, ”Disse Hsiao. Eles levaram a amostra para seus consultores, que ficaram surpresos com a bolacha gravada. Repassando as etapas que os alunos deram, os pesquisadores perceberam que os poços foram produzidos quando a água hidrolisou o grupo amidina na partícula, e por meio de uma série de reações químicas, criou um íon hidróxido que gravou o poço no wafer de silício. Os furos eram uniformes e seu tamanho e profundidade eram totalmente dependentes do tamanho da partícula de poliestireno original, embora a orientação do cristal de silício tenha afetado a forma dos poços. Em uma orientação (100), os poços eram pirâmides invertidas de quatro lados perfeitas. Na outra orientação (111), os poços eram hexágonos perfeitos. Os quatro pesquisadores os chamaram de nanopoços, porque a dimensão do fundo dos poços tinha apenas alguns nanômetros de diâmetro. Eles logo perceberam que haviam descoberto um novo método sem máscara para criar estruturas em silício sem as etapas elaboradas normalmente exigidas em uma sala limpa.

“Estamos entregando íons hidróxido diretamente para onde queremos gravar, Velegol explicou. “É muito mais seguro e barato do que feixe de elétrons e litografia de raios-X. É tão seguro que você praticamente poderia comer essas partículas sem nenhum dano. ”

“Achamos que é uma descoberta bastante geral, ”Kim acrescentou. “É uma maneira de fornecer química localmente, em vez de a granel. Muitos metais, cerâmica, e outros materiais podem ser gravados com esta técnica. ”

Outro benefício potencial da descoberta é a capacidade de criar padrões em superfícies curvas, algo que é difícil de fazer com a fotolitografia convencional. Uma vez que as partículas estão suspensas na água, eles podem aderir à superfície de qualquer forma e se espaçar uniformemente sobre a superfície. Os pesquisadores estão apenas começando a apresentar idéias intrigantes sobre como usar essa técnica simples.

Muitos avanços vêm de acidentes, Velegol observou, porque uma vez que algo é conhecido, as pessoas trabalham nisso muito rapidamente até que tenham preenchido todas as peças e haja menos para descobrir. Acidentes estão fora do padrão. “É uma daquelas situações como Pasteur disse, onde o acaso favorece a mente preparada. Nunca teríamos sequer pensado em tentar esse tipo de química. Mas Neetu vinha trabalhando com esses coloides há vários anos, e Erik tinha experiência com o AFM, então eles estavam bem preparados para aproveitar o acidente, ”Velegol concluiu.