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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, un polímero fotosensible (fotorresina) se recubre sobre un sustrato. Se utiliza una máscara para exponer selectivamente la fotorresina a la luz UV, lo que provoca un cambio químico que permite la eliminación selectiva de las regiones expuestas o no expuestas. El material subyacente puede entonces ser grabado o depositado, transfiriendo el patrón de la máscara al sustrato. Para lograr características a escala nanométrica, se utilizan fuentes de luz de longitud de onda más corta (p. ej., ultravioleta extrema, EUV) o fuentes de patrones alternativas como los 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 en serie, lo que la hace inadecuada para la producción en masa, pero excelente para el prototipado y la fabricación de máscaras.

Otro tipo importante de métodos descendentes es la atrición mecánica. La molienda de bolas de alta energía, por ejemplo, coloca un material a granel en un recipiente con medios de molienda duros (bolas). El recipiente gira a alta velocidad, lo que provoca que las bolas colisionen con el material y lo fracturen, reduciendo progresivamente su tamaño de partícula hasta la escala nanométrica. Este método es simple y escalable para producir grandes cantidades de nanopolvos, pero ofrece un control deficiente sobre la forma y la distribución del tamaño de las partículas, y puede introducir impurezas de los medios 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 del transistor y el consiguiente impulso a 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

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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)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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