Капиллярная архитектура

Капиллярные силы позволяют создавать из углеродных нанотрубок сложные изогнутые структуры на основе двумерного «шаблона».

Витые башни, концентрические цилиндры и грациозно изгибающиеся «лепестки» - вот некоторые из трехмерных фигур, которые удалось получить из углеродных нанотрубок. Технологию создания подобных структур, получившую название «капиллярное формирование» (capillary forming), разработали инженеры из Мичиганского университета (UM). В основе технологии лежит действие капиллярных сил, существованием которых обусловлен капиллярный эффект.

«Новые миниатюрные формы, которые трудно (если вообще возможно) получить с использованием каких-либо других материалов, раскрывают потенциал использования исключительных механических, тепловых, электрических и химических свойств углеродных нанотрубок в масштабируемой конфигурации», - говорит Джон Харт (A. John Hart), ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Advanced Materials.

Технология капиллярного формирования может привести к созданию зондов, взаимодействующих с отдельными клетками и тканями организма, инновационных микрожидкостных устройств и новых материалов, текстура и свойства которых задаются разработчиком.

«Сделать прямые и вертикальные, как здания, нанотрубки – не слишком тяжелая задача, - говорит Харт. – Но возможности получить из них более сложные формы не было. Сборка трехмерных наноструктур – одна из основных проблем нанотехнологий. Метод капиллярного формирования можно применить ко многим типам нанотрубок и нанопроводов, а его масштабируемость весьма привлекательна с точки зрения производства».

Работа над «выращиванием» трехмерных структур начинается с печати узора на кремниевой пластине. Роль чернил в данном случае играет металлический катализатор, вызывающий рост нанотрубок в пределах пропечатанной формы. Вместо обычного при получении нанотрубок узора из кругов, нанесенных по равномерной сетке, Харт использовал кольца, полукруги и пересекающиеся круги в различных комбинациях.

Для выращивания нанотрубок использовался традиционный CVD-процесс. Затем кремниевая пластина с поднявшимся на ней «лесом» нанотрубок была установлена над емкостью с кипящим растворителем (ацетоном), который конденсировался на нанотрубках, а потом испарялся.

Как только на поверхности нанотрубок конденсируется жидкость, в действие вступают капиллярные силы, которые формируют из них сложные трехмерные структуры. Например, высокие полуцилиндры изгибаются, формируя подобие лепестков.

«Мы задаем программу формирования трехмерных объектов с помощью двумерных шаблонов, - говорит Харт. – Мы выяснили, что начальные формы влияют на то, каким образом капиллярные силы меняют геометрию трехмерных образований. Некоторые из них вызывают изгиб, некоторые – поворот, и мы можем объединять их так, как пожелаем».

Капиллярное формирование позволяет получить множество трехмерных микроструктур на практически неограниченной площади. Исследователи показали, что полученные таким образом структуры значительно жестче чем типичные полимеры, используемые в микротехнологиях. Поэтому они могут быть использованы в качестве формы для «штамповки» объемных фигур из других материалов. nanomaxxblog