p Usar moldes para dar forma às coisas é tão antigo quanto a humanidade. Na Idade do Bronze, a liga de cobre-estanho foi derretida e fundida em armas em moldes de cerâmica. Hoje, A moldagem por injeção e extrusão molda os líquidos quentes em tudo, desde peças de automóveis até brinquedos. p Para que isso funcione, o molde precisa ser estável enquanto o material líquido quente endurece e ganha forma. Em um avanço para a nanociência, Os engenheiros de polímeros da Cornell fizeram esse molde para nanoestruturas que podem moldar o silício líquido a partir de um polímero orgânico. Isso abre caminho para a perfeição, 3-D, nanoestruturas de cristal único.

p O avanço é do laboratório de Uli Wiesner, o Spencer T. Olin Professor de Engenharia no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, cujo laboratório já liderou a criação de novos materiais feitos de polímeros orgânicos. Com a química certa, polímeros orgânicos se auto-montam, e os pesquisadores usaram essa habilidade especial dos polímeros para fazer um molde pontilhado com nano-poros de tamanhos e formatos precisos.

p A pesquisa é publicada em Ciência 3 de julho.

p Normalmente, derretendo silício amorfo, que tem uma temperatura de fusão de cerca de 2, 350 graus, destruiria o delicado molde de polímero, que se degrada em cerca de 600 graus. Mas os cientistas, em colaboração com Michael Thompson, professor associado de ciência e engenharia de materiais, contornou esse problema usando períodos de derretimento extremamente curtos induzidos por um laser.

p Os pesquisadores descobriram que o molde de polímero se mantém se o silício for aquecido por pulsos de laser de apenas nanossegundos de duração. Em escalas de tempo tão curtas, o silício pode ser aquecido a um líquido, mas a duração da fusão é tão curta que o polímero não tem tempo para oxidar e decompor. Eles basicamente enganaram o molde de polímero para reter sua forma em temperaturas acima de seu ponto de decomposição.

p Quando o molde foi removido, os pesquisadores mostraram que o silício foi perfeitamente modelado pelo molde. Isso pode levar à perfeição, nanoestruturas de silício de cristal único. Eles não fizeram isso ainda, mas deles Ciência o papel mostra que é possível. Em trabalho publicado em 2010, Wiesner e colegas mostraram o caminho para este processo, usando um molde de óxido.

p Wiesner chamou a descoberta de "bela" e possivelmente uma visão fundamental para o estudo de materiais em nanoescala. Na ciência dos materiais, o objetivo é sempre obter estruturas bem definidas que possam ser estudadas sem interferência de defeitos de material.

p A maioria das nanoestruturas automontadas hoje são amorfas ou policristalinas - compostas por mais de uma peça de um material em perfeita ordem. É difícil avaliar se suas propriedades são devidas à própria nanoestrutura ou se são dominadas por defeitos no material.

p A descoberta do silício de cristal único - o semicondutor em todos os circuitos integrados - tornou possível a revolução eletrônica. Foi necessário cortar cristais únicos em bolachas para compreender verdadeiramente as propriedades semicondutoras do silício. Hoje, a nanotecnologia permite gravação em nanoescala incrivelmente detalhada, até 10 nanômetros em uma pastilha de silício.

p Mas técnicas de nanofabricação, como fotolitografia, em que um material polimérico é escrito com uma estrutura que é gravada no silício, atinge seus limites quando se trata de estruturas 3-D.

p Semicondutores como o silício não se automontam em estruturas perfeitamente ordenadas como os polímeros. É quase inédito obter um cristal único estruturado 3-D de um semicondutor. Para fazer nanoestruturas de cristal único, existem duas opções:gravação múltipla ou moldagem. O grupo de Wiesner agora fez o molde.

p A maneira como eles fizeram o molde foi em si uma inovação. Eles já haviam aprendido a automontar altamente ordenado, nanomateriais porosos usando moléculas especialmente estruturadas chamadas copolímeros em bloco.

p Eles primeiro usaram um laser de dióxido de carbono no laboratório de Thompson para "escrever" os materiais nanoporosos em uma pastilha de silício. Um filme, revestido de spin no wafer, continha um copolímero em bloco, que direcionou a montagem de uma resina polimérica. Escrevendo linhas no filme com o laser, o copolímero em bloco decomposto, agindo como uma resistência de tom positivo, enquanto a resina de tom negativo foi deixada para trás para formar a nanoestrutura porosa. Esse se tornou o molde.

p "Demonstramos que podemos usar modelos orgânicos com estruturas tão complicadas quanto um giroide, uma estrutura de rede cúbica periodicamente ordenada, e 'imprime' no silício fundido, que então se transforma em silício cristalino, "Wiesner disse.

p "Ter a capacidade de moldar o burro de carga de todos os eletrônicos, silício, em formas intrincadas é sem precedentes, "disse Andy Lovinger, um diretor de programa na divisão de pesquisa de materiais da National Science Foundation, que financiou a pesquisa de Wiesner. "Este belo trabalho mostra como isso poderia ser feito aproveitando as propriedades de design exclusivas oferecidas pelos materiais poliméricos."

p O artigo é denominado "Estruturas Porosas Hierárquicas Induzidas por Aquecimento de Laser Transiente de Auto-Montagem Dirigida por Copolímero em Bloco, "e seu primeiro autor é Kwan Wee Tan, um ex-aluno de pós-graduação no Wiesner Lab.