وبلاگ جدید چمران الکتروکامپ
روشهاي ساخت نانوسيمها
روشهاي گوناگوني براي توليد نانوسيمها استفاده شده است. اين روشها عموماً بر اساس ليتوگرافي، تبخير اتمي، رسوب فيزيکي بخار و يا پاشش اتمي فلز بر روي الگويي که بدين منظور بر روي زير لايه پليمري و يا سيليسيمي ايجاد شده، انجام ميگيرد.
در ادامه به بررسي برخي از تکنيکهاي ساخت نانوسيمها خواهيم پرداخت.
1- تکنيکهاي ليتوگرافي (Lithography)
ليتوگرافي در اصل به معناي ساخت اشياء از سنگ است. ليتوگراف يک تصوير است که از حکاکي يک طرح روي سنگ به دست ميآيد. در اين روش، ابتدا طرح با مرکب روي سنگ کشيده شده و سپس با قرار دادن سنگ روي کاغذ و فشار دادن آن، طرح روي کاغذ چاپ ميشود. اين تکنيک ميتواند در مقياسهاي کوچک نيز مورد استفاده قرار گيرد. به عنوان مثال: براي توليد تراشههاي کامپيوتري، از ليتوگرافي استفاده ميکنند. در اين مورد با توجه به شکل تراشه مورد نظر، با استفاده از روشهاي شيميايي، يک ماسک از طرح تراشه توليد شده و سپس پرتو ليزر از روي ماسک عبور کرده و ساختارهاي دقيق تراشه را روي سطح مشخص ميسازد.
1-1- ليتوگرافي با پرتو الکتروني (E-Beam Lithography)
در اين روش ابتدا بر روي يک پليمر سخت شونده، به وسيلهي پرتو الکتروني با انرژي بالا (بيشتر از 29 کيلو ولت) طرح نانوسيم مورد نظر شکل داده ميشود. در واقع با اين پرتوافکني، پليمر يونيزه ميشود. سپس با حلالهاي شيميايي، پليمر پرتوافکني شده را حل نموده و طرح لازم را ايجاد مينمايند.
در نهايت براي توليد نانوسيم، فلز مورد نظر با استفاده از تبخير اتمي يا پاشش اتمي فلز روي طرح نشانده ميشود.
1-2- ليتوگرافي نوري
اين روش مشابه روش قبل است اما به جاي پرتوافکني از نور استفاده ميشود و در مناطقي که توسط ماسک روي ماده سخت شونده تعريف شده طراحي لازم انجام ميشود.
تنها محدوديت اين روش در مقايسه با روش ليتوگرافي الکتروني، محدوده پراش موج نوري است. طول موجي که در حال حاضر در صنايع استفاده ميشود حدود 248 نانومتر است که با طراحي دقيق ماسک، ميتوان به ابعاد کمتر از 100 نانومتر هم رسيد.
1-3- ليتوگرافي با پروب روبشي
يک راه براي توليد ساختارهاي دلخواه روي سطح، نوشتن آنهاست. درست مشابه خطي که با خودکار روي کاغذ کشيده ميشود. براي توليد چنين خطوطي در مقياس نانو، به يک نانوخودکار نياز است. خوشبختانه، نوک پروب ميکروسکوپهاي نيروي اتمي (AFM)، نانوخودکارهاي ايدهآلي براي اين کار هستند. از اين روش ميتوان براي ساخت نانوسيمهاي زيز 100 نانومتر استفاده کرد. استفاده از پروب دستگاه (AFM (Atomic force microscopeبراي حرکت دادن مولکولها بر يک سازه روشي است که نانوليتوگرافي(nanolithography) ناميده ميشود. در اين روش مخزن جوهر (اتمها يا مولکولها) در بالاي نوک پروب روبشي قرار داده شده و روي سطح نشانده ميشود. با اين روش ميتوان نانوسيمهاي طلا به قطر 1 نانومتر توليد کرد. شکل 1 شماتيکي از فرايند ليتوگرافي با استفاده از نوک پروب ميکروسکوپ نيروي اتمي آغشته به مولکولهاي جوهر را نشان ميدهد.
2- مزوحفرهها( Mesoporous) قالبي براي نانوسيمها
مزوحفرهها به عنوان يکي از اساسيترين ترکيبات و به عنوان قالب در ساخت نانوسيمها مورد استفاده قرار ميگيرند. مزوحفرهها ترکيباتي متخلخل با اندازه حفرهي مشخص ميباشند که شامل دستههاي مختلفي هستند.
شکل 2 ساختارهايي از مزوحفرهها را نشان ميدهد. نسبت مواد اوليه و روش مورد استفاده، باعث ايجاد ساختارهايي با حفرههاي متنوع ميشود.
به طور مثال ريو (Reyoo) و استاکي ( Stucky)و همکاران آنها توليد نانوسيمهاي فلزي از نقره، طلا و پلاتين را با استفاده از مزوحفرههاي سيليکاتي گزارش دادند. مزوحفرههاي سيليکاتي با ساختار شش وجهي داراي کانالهاي يک بعدي و قطر حفرههايي بين 4 تا 30 نانومتر ميباشند. در اين روش ابتدا محلولهاي آبي با غلظتهاي مشخص از نمکهاي طلا، نقره و پلاتين تهيه و سپس با غوطهور کردن مقدار مناسبي از مزوحفرههاي سيليکاتي در محلولهاي مورد نظر و با گذشت زمان مناسب، محلولهاي نمکي به درون حفرهها نفوذ ميکنند. پس از آن محلول تغليظ و حلال از محيط واکنش خارج ميگردد. از حلال ديکلرومتان جهت شستشوي سطح حفره و حذف يونها و نمکهاي متصل شده به سطح آن استفاده ميشود. سپس قالب بايد در حرارت اتاق خشک شود. در نهايت، با قرار دادن قالب سيليکاتي به همراه نانوسيمهاي فلزي در محلول فلوئوريک اسيد و سپس شستشو با حلال اتانول، ميتوان قالب را حذف نمود.
استفاده از مزوحفرهها در ساخت نانوسيمها داراي دو ويِژگي مهم است:
الف) نانوسيمهايي با ضخامت معين و مشخص ايجاد ميشود.
ب) رشد نانوسيمها در يک بعد خواهد بود.
منبع : سایت تبیان
