Пучки электронов и капли жидкости рисуют «наномосты»
Новый процесс, что показан инженерами Технологического университета Джорджии (Georgia Tech), разрешат приобретать структуры, каковые нереально создать сегодняшними разработками, такими как осаждение из газовой фазы, индуцированное фокусированным пучком электронов (focused electron beam-induced deposition, FEBID). Помимо этого, он снабжает огромный рост производительности и может использоваться для одновременного нанесения нескольких материалов, а применение стандартных жидких растворителей расширяет диапазон допустимых прекурсоров.
В ходе FEBID исходные вещества (прекурсоры) вводятся в вакуумную камеру электронного микроскопа в виде газа. Это во-первых очень сильно тормозит рост структур из-за низкой концентрации стройматериала в газе, а во-вторых ограничивает круг прекурсоров теми, каковые дешёвы в газовой фазе.
Авторы из George Tech добились большого – на пять порядков величины – ускорения процесса за счёт ввода прямо в вакуумную камеру жидкофазных прекурсоров, несущих заряд. В демонстрации они применяли растворители с низкой летучестью, такие как этиленгликоль, и соль серебра в качестве прекурсора. В растворе соль диссоциировала с образованием катионов серебра, каковые давали железный осадок в результате реакции электрохимического восстановления с применением вторичных сольватных электронов.
В камеру электронного микроскопа раствор, содержащий ионы нужного материала, подавался совокупностью электровпрыска: через сопло диаметром пара микрон, на которое влияли фокусированным пучком электронов. В результате, материал появился на подложке, образуя в том месте совершенно верно контролируемую узкую плёнку жидкости. Электронным луч на плёнке рисовали нужную структуру, доставляя электроны для восстановления железного серебра из катионов.
Варьируя тип прекурсора, толщину пленки, концентрацию ионов, ток и энергию электронного луча, авторы смогли изготовить всевозможные структуры, а также серебряные и углеродные стержни пятимикронной высоты, соединяющие их подвесные галереи и стены. На их выращивание уходило от 2 до 40 секунд. В надежде улучшить точность контроля инженеры Georgia Tech продолжают химии процессов и изучение физики, лежащих в базе данной технологии.
Они кроме этого собираются адаптировать ее для потребностей конкретных приложений.
Результаты работы, осуществлявшейся при помощи Научного офиса Минэнергетики США, представлены в издании Nano Letters. В число вероятных приложений новой разработке стремительного синтеза электронным лучом 3D-структур со сложной топологией и наноразрешением входят новые топливных электродов элементов и конфигурации батарей, электронная память с вертикальным размещением слоев, небольшие устройства для электрохимического преобразования энергии.