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Síntese de nanomateriais de cima para baixo

1970
Pesquisador operando um moinho de bolas para a síntese de nanomateriais de cima para baixo em uma sala limpa.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A síntese de cima para baixo envolve a criação de nanomateriais a partir de um material em grande escala, que é então fragmentado ou padronizado em nanoescala. As principais técnicas incluem métodos mecânicos, como moagem de bolas, e métodos litográficos, como fotolitografia, litografia por feixe de elétrons e litografia por nanoimpressão. Esses métodos são frequentemente usados ​​para criar superfícies estruturadas e circuitos integrados, mas podem apresentar imperfeições superficiais.

As abordagens de cima para baixo são conceitualmente simples: são uma extensão das técnicas tradicionais de microfabricação para dimensões menores. O exemplo mais proeminente é a litografia, a pedra angular da indústria de semicondutores. Na fotolitografia, um polímero fotossensível (fotorresiste) é depositado sobre um substrato. Uma máscara é usada para expor seletivamente o fotorresiste à luz UV, causando uma alteração química que permite a remoção seletiva das regiões expostas ou não expostas. O material subjacente pode então ser gravado ou depositado, transferindo o padrão da máscara para o substrato. Para obter características em nanoescala, são utilizadas fontes de luz com comprimentos de onda mais curtos (por exemplo, luz ultravioleta extrema). ultravioletaSão utilizadas fontes de padronização alternativas, como litografia por feixe de elétrons (EUV) ou feixes de elétrons (litografia por feixe de elétrons). A litografia por feixe de elétrons oferece altíssima resolução, mas é um processo lento e seriado, o que a torna inadequada para produção em massa, embora excelente para prototipagem e fabricação de máscaras.

Outra classe importante de métodos de cima para baixo é o desgaste mecânico. Alta energia A moagem de bolas, por exemplo, coloca um material a granel em um recipiente com esferas de moagem rígidas. O recipiente gira em alta velocidade, fazendo com que as esferas colidam com o material e o fraturem, reduzindo progressivamente o tamanho das partículas até a escala nanométrica. Esse método é simples e escalável para a produção de grandes quantidades de nanopós, mas oferece pouco controle sobre a forma e a distribuição do tamanho das partículas e pode introduzir impurezas provenientes das esferas de moagem.

A principal vantagem dos métodos top-down, particularmente a litografia, é a capacidade de criar estruturas complexas e precisamente ordenadas em grandes áreas, o que é essencial para circuitos integrados. No entanto, uma desvantagem significativa é a introdução de danos cristalográficos e defeitos superficiais durante o processo de corrosão ou fresagem, o que pode afetar negativamente as propriedades do material.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invenção da imprensa e os primórdios da impressão litográfica
  • desenvolvimento da fotografia e de produtos químicos fotossensíveis
  • a invenção do transistor e a consequente busca pela miniaturização na eletrônica
  • avanços na tecnologia de vácuo e na física de plasmas para processos de gravação

Aplicações

  • fabricação de microprocessadores e chips de memória para computadores
  • fabricação de sistemas microeletromecânicos (membros)
  • Criação de superfícies padronizadas para aplicações biomédicas
  • Produção de nanopós para cerâmica e compósitos
  • fabricação de moldes para litografia de nanoimpressão

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • fabrication of metasurfaces for flat optics and holography
  • large-scale production of graphene-based transparent conductive films via patterned exfoliation
  • creation of “lab-on-a-chip” devices with nanoscale fluidic channels
  • patterned magnetic media for ultra-high-density data storage
  • biomimetic surfaces with tailored wetting and adhesive properties
  • scaffolds for tissue engineering with controlled nanotopography
  • photonic crystals for optical computing and communication
  • high-precision drug delivery microneedle arrays
  • templates for directed self-assembly of bottom-up components
  • quantum computing architectures based on lithographically defined qubits
Relacionado a: síntese de cima para baixo, litografia, fotolitografia, litografia por feixe de elétrons, moagem de bolas, microfabricação, semicondutor, corrosão, nanopadrões, MEMS.

Contexto histórico

Síntese de nanomateriais de cima para baixo

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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