(Phys.org) —De kleinere componenten worden, hoe moeilijker het is om patronen op een economische en reproduceerbare manier te creëren, volgens een interdisciplinair team van Penn State-onderzoekers die, geluidsgolven gebruiken, kan nanodraden in herhaalbare patronen plaatsen voor mogelijk gebruik in een verscheidenheid aan sensoren, opto-elektronica en schakelingen op nanoschaal.

"Er zijn manieren om deze apparaten te maken met lithografie, maar het is heel moeilijk om patronen onder de 50 nanometer te maken met behulp van lithografie, " zei Tony Jun Huang, universitair hoofddocent technische wetenschappen en mechanica, Penn State. "Het is nu vrij eenvoudig om metalen nanomaterialen te maken met behulp van synthetische chemie. Ons proces maakt patroonoverdracht mogelijk van arrays van deze nanomaterialen op substraten die mogelijk niet compatibel zijn met conventionele lithografie. we zouden netwerken van draden kunnen maken en deze vervolgens kunnen modelleren tot arrays van levende cellen."

De onderzoekers keken naar de plaatsing van metalen nanodraden in oplossing op een piëzo-elektrisch substraat. Piëzo-elektrische materialen bewegen wanneer er een elektrische spanning op wordt toegepast en creëren een elektrische spanning wanneer ze worden samengedrukt.

In dit geval, de onderzoekers pasten een wisselstroom toe op het substraat, zodat de beweging van het materiaal een akoestische oppervlaktegolf in de oplossing veroorzaakt. Een staande golf heeft knooplocaties die niet bewegen, dus de nanodraden komen bij deze knooppunten aan en blijven daar.

Als de onderzoekers slechts één stroom toepassen, dan vormen de nanodraden een eendimensionale array waarbij de nanodraden van kop tot staart in parallelle rijen zijn opgesteld. Als er loodrechte stromen worden gebruikt, een tweedimensionaal raster van staande golven vormt zich en de nanodraden bewegen naar die rasterpuntknooppunten en vormen een driedimensionaal vonkachtig patroon.

"Omdat de toonhoogte van zowel de eendimensionale als de tweedimensionale structuren gevoelig is voor de frequentie van het akoestische golfveld van het staande oppervlak, deze techniek zorgt voor de patroonvorming van nanodraden met afstembare afstand en dichtheid, " melden de onderzoekers in een recent nummer van ACS Nano .

De nanodraden in oplossing zullen op hun plaats op het substraat bezinken wanneer de oplossing verdampt, het patroon behouden. De onderzoekers merken op dat de nanodraden met patroon vervolgens met goede nauwkeurigheid kunnen worden overgebracht naar organische polymeersubstraten door het polymeer op de bovenkant van de nanodraden te plaatsen en met lichte druk, het overbrengen van de nanodraden. Ze suggereren dat de nanodraden vervolgens kunnen worden overgebracht naar stijve of flexibele substraten van het organische polymeer met behulp van microcontact-printtechnieken die goed ontwikkeld zijn.

"We denken echt dat onze techniek extreem krachtig kan zijn, " zei Huang. "We kunnen het patroon afstemmen op de configuratie die we willen en vervolgens de nanodraden overbrengen met behulp van een polymeerstempel."

De afstand van de knooppunten waar nanodraden neerslaan, kan on-the-fly worden aangepast door de frequentie en de interactie tussen de twee elektrische velden te veranderen.

"Dit zou veel tijd besparen in vergelijking met lithografie of andere statische fabricagemethoden, " zei Huang.

De onderzoekers onderzoeken momenteel meer complexe ontwerpen.