美開(kāi)發(fā)“納米加熱器” 可降低納米機(jī)械成本

美國(guó)科學(xué)家厘清了溫度在蘸筆納米光刻技術(shù)中的作用，據(jù)此研制出的熱蘸筆納米光刻技術(shù)能在物質(zhì)表面構(gòu)造大小為20納米的結(jié)構(gòu)。借助這一技術(shù)，科學(xué)家們能廉價(jià)地在多種材料表面構(gòu)造和種植出納米結(jié)構(gòu)，用以電路和化學(xué)傳感器，或者研究藥物如何依附于蛋白質(zhì)和病毒上。

    為了在一個(gè)基座上直接構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們一般使用原子力顯微鏡（AFM）探針做筆，通過(guò)分子擴(kuò)散將墨水分子沉積在基座表面上。這項(xiàng)技術(shù)很昂貴，需要特殊的環(huán)境且只能使用幾種材料。而蘸筆納米光刻技術(shù)則利用原子力顯微鏡探針把墨水分子傳輸至基底表面，使之形成自組裝的單分子層，其具有高分辨率、定位準(zhǔn)確和直接書(shū)寫(xiě)等優(yōu)點(diǎn)，幾乎適用于所有環(huán)境和多種不同的化合物。熱蘸筆納米光刻技術(shù)則可將原子力顯微鏡變成細(xì)小的“烙鐵”，從而應(yīng)用在固體材料上。

    勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分子工廠的臨時(shí)主任吉姆·德約爾和同事在研究中系統(tǒng)調(diào)查了溫度對(duì)納米結(jié)構(gòu)尺寸的影響并出了一個(gè)新的模型，解析墨水分子如何從書(shū)寫(xiě)探針到達(dá)基座，然后組合成一些有序的層并成為一個(gè)納米大小的結(jié)構(gòu)。德約爾表示：“以探針為基礎(chǔ)的技術(shù)有望出納米尺度的設(shè)備。然而，我們需要深刻理解墨水分子是如何轉(zhuǎn)移到基座上的，研究讓我們厘清了這一點(diǎn)。”

    伯克利實(shí)驗(yàn)室物理生物科學(xué)分部的宗承旭（音譯）表示：“通過(guò)認(rèn)真探究溫度在熱蘸筆納米光刻技術(shù)中的作用，我們能設(shè)計(jì)和出從小分子到聚合物的納米尺寸結(jié)構(gòu)，也能更好地控制其在各種不同基座上的大小和形狀。”

    德約爾、宗承旭與伊利諾伊大學(xué)香檳分校（在特殊的原子力顯微鏡探針?lè)矫妫┑目茖W(xué)家們攜手，將帶不同電荷的原子傾入硅中，隨后，帶電多的原子會(huì)更多地留在基座上而帶電少的原子則位于探頭處，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)會(huì)將探頭加熱，就像在電爐上燃燒一樣，由此他們就研制出了這款像烙鐵一樣的硅基原子力顯微鏡探針。

    這種“納米加熱器”能被用來(lái)給施加于其上的墨水加熱，使墨水流到表面，從而出納米尺寸的結(jié)構(gòu)。借用這一方法，該研究團(tuán)隊(duì)在金表面畫(huà)出了有機(jī)分子16-巰基十六酸的點(diǎn)和線。而且，探頭越熱，能畫(huà)出的結(jié)構(gòu)就越大。

    參與該研究的伊利諾伊大學(xué)機(jī)械和工程學(xué)教授威廉姆·金表示：“方法讓我們能清楚地知道墨水分子如何流到基座上，據(jù)此，我們能很好地控制溫度，從而控制基座上納米結(jié)構(gòu)的大小和形狀。”