Методы изготовления наноструктур

Говоря о возможных стратегиях производства наноструктур. следует четко различать исходные материалы и индивидуальные компоненты. Некоторые из стандартных компонентов (например, фуллерены) могут использоваться как самостоятельно, так и для создания более сложных объектов (нанослоев и т.

При изготовлении наноструктурных материалов используется целый ряд вспомогательных подготовительных методик. Физические методы изготовления неупорядоченных наноматериалов часто сводятся просто к уплотнению (и соответствующему упрочнению), для чего порошки исходных материалов (обычно различных металлов) измельчаются в шаровых мельницах, а затем полученный материал уплотняется под высоким давлением и отчасти при нагреве. Этот способ позволяет уже сейчас получать наноструктурные материалы с почти максимально достижимой плотностью, то есть с очень высокой степенью уплотнения. Еще один физический метод изготовления неупорядоченных наноструктурных материалов заключается в «закаливании» расплава, когда расплав требуемого состава охлаждается настолько быстро, что получаемое вещество не «успевает» образовать кристаллическую структуру.

Наноструктурные слои можно, в принципе, получать также путем известных методов микроэлектроники и техники микросистем, базирующихся на выделении фаз газа и жидкости. Интерес также представляют электрохимические методы выделения. Скорее к химическим методам получения наноструктурных материалов следует отнести разнообразные и весьма перспективные методы золь-гель, а также методы с использованием различных полимерных систем. Из самых современных методов получения наноструктур стоит особо отметить известные в химии супрамолекулярные или сверхмолекулярные системы, в которых вещество формируется за счет привязывания огромных полимерных образований друг к другу с помощью более маленьких молекул. Этот подход является очень общим и его использование может привести в будущем к революционным изменениям в разработке и производстве новых материалов.

Смешанные методы изготовления индивидуальных компонентов в нанометровом диапазоне, прежде всего, охватывают известнейшие методы изготовления микроэлектронных и мик- ромеханических устройств, тем более, что в лабораторных условиях уже достигнуты очень высокие границы разрешения (в данном случае, точности изготовления деталей) многих процессов. Например, использование электронно-лучевой литографии вместо оптической (которая сейчас широко применяется в микроэлектронике) позволяет изготовлять компоненты с характерными параметрами значительно ниже 100 нм, что приближается к требованиям систематического исследования свойств наноструктур. Даже если эти исследовательские методики не могут быть прямо перенесены в производство и приспособлены для технологических процессов, комбинирование необычных методик, нестандартных и молекулярных структур представляется специфически нанотехнологической задачей. Например, производимые обычным способом микромеханические вибраторы из кремния можно покрыть слоем соответствующих органических или биологических молекул, и создать на этой основе высокочувствительные биохимические датчики. Подчеркнем, что ни методы изготовления, ни молекулярные продукты в этой ситуации не являются специфическими новыми или оригинальными, а вся инновация заключается в комбинировании средств и методик.

В принципе, ситуация в области изготовления отдельных наноструктур (или основанных на них целых систем) характеризуется тем, что почти все используемые технологии базируются на достижениях микроэлектроники или микромеханики и по своей сути являются (на жаргоне технологов) планарными, то есть подразумевают сложные и хорошо изученные процессы создания «плоских» структур. В настоящее время не существует стандартных стратегий для производства любых трехмерных молекулярных структур на основе описанных выше подходов сверху - вниз или снизу - вверх. Инновационные подходы в этой области исследований могут возникнуть, прежде всего, на пути совершенствования уже известных структурных методов или их комбинации с новыми, необычными материалами, в особенности, с новыми типами покрытия поверхностей. В настоящее время, соответственно, подход снизу - вверх при изготовлении целостных наноструктур или важных компонентов не имеет практических применений.

Выводы: Существует большой набор хорошо изученных физических и химических методов изготовления наноматериалов, нанослоев, наночастиц и т. д. Инновационные подходы в этой области могут быть связаны, в первую очередь, с изучением роли структурных параметров и их целенаправленным регулированием и контролем. Исключительно новым можно считать, по-видимому, лишь развитие и техническое использование новейших методов полимерной и супрамолекуляряой химии для синтеза материалов с необычными свойствами. В настоящее время многие исследования связаны с повышением эффективности уже известных методик, а также поиском нестандартных комбинаций новых материалов с известными методиками, особенно в области материаловедения и создания поверхностей с новыми функциональными характеристиками.