A fabricação de materiais nanoestruturados tridimensionais - aqueles que têm formas e estruturas distintas em escalas de alguns bilionésimos de metro - se tornou uma área fértil de pesquisa, produzindo materiais que são úteis para a eletrônica, fotônica, fonônica e dispositivos biomédicos. Mas os métodos de fabricação de tais materiais são limitados pela complexidade 3-D que podem produzir. Agora, uma equipe do MIT encontrou uma maneira de produzir estruturas mais complicadas usando uma combinação das abordagens atuais "de cima para baixo" e "de baixo para cima".

O trabalho é descrito em artigo publicado em junho na revista. Nano Letras , co-autoria do pós-doutorado Chih-Hao Chang; George Barbastathis, o Professor Pesquisador de Óptica de Cingapura e Professor de Engenharia Mecânica; e seis alunos de pós-graduação do MIT.

Uma abordagem para fazer nanoestruturas tridimensionais - uma abordagem de cima para baixo - é chamada de litografia de deslocamento de fase, em que uma máscara bidimensional molda a intensidade da luz que incide sobre uma camada de material fotorresistente (da mesma forma que um negativo fotográfico controla a quantidade de luz que atinge diferentes áreas de uma impressão). O fotorresiste é alterado apenas nas áreas atingidas pela luz. Contudo, esta abordagem requer máscaras de fase fabricadas com muita precisão, que são caros e demorados para fazer.

Outro método - uma abordagem de baixo para cima - é usar nanopartículas coloidais de automontagem que se formam em certos arranjos compactados energeticamente favoráveis. Estes podem então ser usados ​​como uma máscara para métodos de deposição física, como deposição de vapor, ou gravura da superfície, para produzir estruturas 2-D, assim como um estêncil pode ser usado para controlar onde a tinta atinge uma superfície. Mas esses métodos são lentos e limitados por defeitos que podem se formar no processo de automontagem, então, embora eles possam ser usados ​​para a fabricação de estruturas 3-D, isso é dificultado porque quaisquer defeitos se propagam através das camadas.

"Fazemos um pouco de ambos, "Diz Chang." Pegamos um método químico e acrescentamos um sabor de engenharia. "

O novo método é um híbrido em que a matriz automontada é produzida diretamente em um material de substrato, desempenhando a função de uma máscara para o processo de litografia. As nanopartículas individuais que se montam na superfície atuam como lentes minúsculas, focar o feixe em um padrão de intensidade determinado por seu arranjo na superfície. O método, os autores dizem em seu artigo, "pode ​​ser implementado como uma nova técnica para fabricar nanoestruturas 3-D complexas em todos os campos da pesquisa em nanoescala."

Dependendo das formas e arranjos das minúsculas contas de vidro que eles usam para a parte de automontagem do processo, é possível criar uma grande variedade de estruturas, "de buracos a postes de alta densidade, argolas, estruturas floridas, todos usando exatamente o mesmo sistema, "Diz Chang." É uma maneira muito simples de fazer nanoestruturas 3-D, e provavelmente a maneira mais barata no momento. Você pode usá-lo para muitas coisas. "

Membros do time, cuja especialidade é em ótica, dizem que as primeiras estruturas que planejam fazer são cristais fotônicos, cuja estrutura pode manipular o comportamento dos feixes de luz que passam por eles. Mas o método também pode ser usado para fazer materiais fonônicos, que controlam ondas de calor ou som, ou mesmo para fazer filtros com porosidade precisamente controlada, que podem ter aplicações biomédicas.

John Rogers SM '92, PhD '95, um professor de ciência de materiais e engenharia e professor de química na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign que não estava envolvido neste trabalho, diz que esses pesquisadores do MIT encontraram "uma maneira extremamente simples de fazer uma coisa muito difícil na nanofabricação, ou seja, para criar em grande escala, nanoestruturas tridimensionais com formas úteis. "

Rogers diz, "A simplicidade experimental, e o acesso resultante a estruturas que seriam difíceis ou impossíveis de alcançar de outras maneiras, sugerem que a abordagem será útil para muitos campos de aplicação, variando de cristais fotônicos a membranas de filtro projetadas e outros. "