[圖]納米粒子運用于化學平板印刷技術
2006-07-25 16:48 來源:中國科技信息 責編:中華印刷包裝網
納米粒子——雖然只是一些微小的粒子,但在納米設備中使用他們的時候,卻擁有一些強度及能量方面令人驚奇的性質。很多科學家認為將納米粒子合并入功能性結構中最有希望的方法就是通過他們自身的裝配性,這一性質已經普遍應用于不同的平板印刷技術中。
納米平板印刷術,包括制作納米尺寸的周期模板技術,要求對大小、尺寸、空間分布及功能的絕對控制。如果納米粒子能夠一粒一粒的排成有規律的隊列,科學家們就能通過“量子點”或人造原子功能對這些粒子達到上述級別的控制。
通過手工和/或掃描顯微鏡技術來排列這些粒子從技術的角度來講是不切實際的,原因是這將耗費不可計數的時間。因此,納米工程師利用納米材料的性質,通過各種處理手段,使得這些粒子在特定處理的區域簡單地“堆存”起來,從而實現粒子的自動排列。這一性質,從某種意義上,是基于納米科技。
目前,由科學家K•萊布漢克蘭及來自美國、日本和德國公共機構的研究小組所研發“化學平板印刷術”,是納米材料自裝配技術的最新類型之一。在科學家的演示中,這一工藝能夠有效地形成非常穩定的納米粒子周期隊列而不被先前平板印刷術(例如包括原子顯微鏡浸沾印刷術、激光平板印刷術、電子束平板印刷術、軋壓印刷術等)中的很多瑕疵和局限所限制。作為替代,化學平板印刷術是一個多種技術的結合體,其中粒子的排列是通過反映活性的不同來控制,反映活性則由粒子及其表面暴露于何種類型的化學處理中來決定。
萊布漢克蘭等人在近期的《納米科技》中寫道:“我們相信這一途徑能夠普遍化,并且能延伸應用于更加特殊的功能中,這一方法有可能傳遞特定的功能型納米建筑物,這在高精度自裝配納米設備中將扮演重要角色!
科學家利用聚合在硅晶片上的石榴紅發光釔鋁(YAG)納米粒子,向其中合成添加劑粒子并結晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅晶片上之前,科學家利用一種基于“原子步移”現象的蝕刻技術,預先在硅晶片上雕刻模板。由于硅晶片表面自然存在的原子高位的步伐,科學家能夠通過處理來移動這些原子從而制造出所需的模板;瘜W反應(硅、氮、氧之間)所形成的氮化物薄層相應地形成于原子步移的邊界上,從而預先雕刻模板于晶片上。
之后,為了使顆粒沿著晶片上的模板排列起來,科學家將樣品置于一個超高真空室中退火處理幾個小時。經過華氏1000到1500度(攝氏500到850度)的處理,科學家不僅獲得了基于模板精確排列的納米粒子,而且還獲得了另一個優點。使用這一技術測量退火處理后,納米材料的排列還可以顯示其強度。一般來說,很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下,這一損傷是由于暴露在高強光下引起;而另一方面,這些粒子卻在科學家熒光成像測量技術中的延長照明中保持著它們的初始狀態。
萊布漢克向物理學網站透露:“出于應用的緣故,在排列形態下保持穩定的發光特性是非常重要的”,他表示:“關系到發光粒子的問題之一是,當它們經歷過光子漂白作用之后,這些粒子將終止連續發光。這些系統對于實際應用并不非常有用。然而在我們的方法中,可以設想出一個對普遍的外界影響非常敏感的納米粒子聚合建筑物,并能夠激發一連串的特殊事件!
萊布漢克解釋道,在很多領域中精確地做到“納米建筑”是有可能的,這可以通過選擇性的激發含有特定波長和磁性粒子的裝配能力來做到!斑@項研究給我們的信息是有可能由同種元素合成出物理屬性和化學活性都不相同的核素,視它們的空間位置而定”,萊布漢克說:“通過這種方法,人們可以利用不同的化學反應獲得不同的功能結構。納米結構在半導體工藝中傳統方法下趨于解體的事實進一步強調了自裝配在納米科技中的重要性。例如,如果我們在實際中去利用量子點理論,我們應該能夠很好地彼此連接它們,這樣它們才能夠互相傳遞信息!
引用:K·萊布漢克,S·歐特辛格,夏菲,K.V. P.M,A·麻自埃,S·斯德辛格,O·彼松.自聚納米顆粒細微發光結構,納米科技17 (2006) 3802-3805。
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