p Metais nanoporosos - materiais semelhantes a espuma que possuem algum grau de vácuo de ar em sua estrutura - têm uma ampla gama de aplicações devido às suas qualidades superiores. p Eles possuem uma grande área de superfície para melhor transferência de elétrons, o que pode levar ao melhor desempenho de um eletrodo em um capacitor elétrico duplo ou bateria. Os metais nanoporosos oferecem um maior número de locais disponíveis para a adsorção de analitos, um recurso altamente desejável para sensores.

p Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e do Swiss Federal Institute of Technology (ETH) desenvolveram uma maneira econômica e mais eficiente de fabricar metais nanoporosos em várias escalas, da nanoescala à macroescala, que é visível a olho nu.

p O processo começa com um wafer de silício de quatro polegadas. Uma camada de metal é adicionada e espalhada sobre o wafer. Ouro, prata e alumínio foram usados ​​para este projeto de pesquisa. Contudo, o processo de fabricação não se limita a esses metais.

p Próximo, uma mistura de dois polímeros é adicionada ao substrato de metal para criar padrões, um processo conhecido como litografia de copolímero em dibloco (BCP). O padrão é transformado em uma única máscara de polímero com recursos de tamanho nanométrico. Último, uma técnica conhecida como moagem de feixe de íons anisotrópicos (IBM) é usada para gravar através da máscara para fazer uma série de orifícios, criando o metal nanoporoso.

p Durante o processo de fabricação, a rugosidade do metal é examinada continuamente para garantir que o produto acabado tenha boa porosidade, que é a chave para criar as propriedades únicas que fazem os materiais nanoporosos funcionarem. Quanto mais áspero é o metal, menos uniformemente poroso ele se torna.

p "Durante a fabricação, nossa equipe atingiu 92 por cento de cobertura de poros com 99 por cento de uniformidade em um wafer de silício de 4 pol., o que significa que o metal era liso e uniformemente poroso, "disse Tiziana Bond, um engenheiro do LLNL que é membro da equipe de pesquisa conjunta.

p A equipe definiu uma métrica - com base em uma correlação parametrizada entre a cobertura de poros BCP e a rugosidade da superfície do metal - pela qual a fabricação de metais nanoporosos deve ser interrompida quando a porosidade irregular é o resultado conhecido, economizando tempo e custos de processamento.

p "O verdadeiro avanço é que criamos uma nova técnica para fabricar metais nanoporosos que é barata e pode ser feita em várias escalas, evitando a técnica de lift-off para remover metais, com controle de qualidade em tempo real, "Bond disse." Esses metais abrem o espaço de aplicação para áreas como coleta de energia, estudos de detecção e eletroquímica. "

p A técnica de decolagem é um método de padronizar materiais alvo na superfície de um substrato usando um material de sacrifício. Um dos maiores problemas com essa técnica é que a camada de metal não pode ser removida uniformemente (ou não pode ser removida) em nanoescala.

p As descobertas da equipe de pesquisa foram relatadas em um artigo intitulado "Fabricação em várias escalas:cobertura em macroescala de alta fidelidade de matrizes de metal nanoporoso via nanofrabicação livre de sustentação". Foi a história de capa em uma edição recente da Interfaces de materiais avançados .

p Outras aplicações de metais nanoporosos incluem o apoio ao desenvolvimento de novos metamateriais (materiais de engenharia) para filtragem e manipulação intensificadas por radiação, incluindo luz ultravioleta profunda. Essas aplicações são possíveis porque os materiais nanoporosos facilitam o aumento anômalo da luz transmitida (ou refletida) através do tunelamento de plasmons de superfície, um recurso amplamente utilizado por dispositivos emissores de luz, litografia plasmônica, detecção baseada em índice de refração e comutação totalmente óptica.