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Síntesis de nanomateriales de arriba hacia abajo

1970
Investigador opera un molino de bolas para la síntesis de nanomateriales de arriba hacia abajo en una sala limpia.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La síntesis descendente implica la creación de nanomateriales partiendo de un material más grande y voluminoso, descomponiéndolo o modelándolo a escala nanométrica. Las técnicas clave incluyen métodos mecánicos como el fresado de bolas y métodos litográficos como la fotolitografía, la litografía por haz de electrones y la litografía por nanoimpresión. Estos métodos se utilizan a menudo para crear superficies estructuradas y circuitos integrados, pero pueden presentar imperfecciones superficiales.

Los enfoques descendentes son conceptualmente sencillos: son una extensión de las técnicas tradicionales de microfabricación a dimensiones más pequeñas. El ejemplo más destacado es la litografía, la piedra angular de la industria de los semiconductores. En la fotolitografía, se recubre un sustrato con un polímero fotosensible (fotorresina). Se utiliza una máscara para exponer selectivamente la resina a la luz ultravioleta, lo que provoca un cambio químico que permite la eliminación selectiva de las regiones expuestas o no expuestas. El material subyacente se puede grabar o depositar, transfiriendo el patrón de la máscara al sustrato. Para lograr características a nanoescala, se utilizan fuentes de luz de longitud de onda más corta (por ejemplo, rayos UV extremos). ultravioletaSe utilizan fuentes de patrones alternativas como haces de electrones (litografía por haz de electrones). La litografía por haz de electrones ofrece una resolución muy alta, pero es un proceso lento y secuencial, lo que la hace inadecuada para la producción en masa, aunque excelente para la creación de prototipos y la fabricación de máscaras.

Otra categoría importante de métodos descendentes es el desgaste mecánico. Alta energía Por ejemplo, la molienda con bolas consiste en colocar un material a granel en un recipiente con un medio de molienda duro (bolas). El recipiente gira a alta velocidad, lo que provoca que las bolas choquen con el material y lo fracturen, reduciendo progresivamente su tamaño de partícula hasta la escala nanométrica. Este método es sencillo y escalable para producir grandes cantidades de nanopartículas, pero ofrece un control limitado sobre la forma y la distribución del tamaño de las partículas, y puede introducir impurezas procedentes del medio de molienda.

La principal ventaja de los métodos descendentes, en particular la litografía, es la capacidad de crear estructuras complejas y ordenadas con precisión en grandes áreas, lo cual es esencial para los circuitos integrados. Sin embargo, una desventaja importante es la introducción de daños cristalográficos y defectos superficiales durante el proceso de grabado o fresado, lo que puede afectar negativamente las propiedades del material.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invención de la imprenta y primera impresión litográfica
  • Desarrollo de la fotografía y de los productos químicos fotosensibles
  • la invención de la transistor y el consiguiente impulso hacia la miniaturización en la electrónica.
  • Avances en la tecnología de vacío y la física del plasma para procesos de grabado

Aplicaciones

  • fabricación de microprocesadores de computadora y chips de memoria
  • fabricación de sistemas microelectromecánicos (mems)
  • Creación de superficies estampadas para aplicaciones biomédicas
  • Producción de nanopolvos para cerámica y compuestos
  • Fabricación de moldes para litografía por nanoimpresión

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Fabricación de metasuperficies para óptica plana y holografía
  • Producción a gran escala de películas conductoras transparentes basadas en grafeno mediante exfoliación con patrones
  • creation of “lab-on-a-chip” devices with nanoscale fluidic channels
  • Medios magnéticos estampados para almacenamiento de datos de ultra alta densidad
  • Superficies biomiméticas con propiedades humectantes y adhesivas personalizadas
  • scaffolds for tissue engineering with controlled nanotopography
  • cristales fotónicos para computación óptica y comunicación
  • Matrices de microagujas para administración de fármacos de alta precisión
  • templates for directed self-assembly of bottom-up components
  • Arquitecturas de computación cuántica basadas en qubits definidos litográficamente
Relacionado con: síntesis descendente, litografía, fotolitografía, litografía por haz de electrones, molienda de bolas, microfabricación, semiconductores, grabado, nanopatrones, MEMS.

Contexto histórico

Síntesis de nanomateriales de arriba hacia abajo

1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1980
1962
1963
1964
1968
1970
1970
1975
1980

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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