技术知识

纳米颗粒阶梯:原子爆破创造了测量纳米颗粒的

  像纳米尺度的喷砂一样,聚焦的离子束会烧蚀硬质材料,形成复杂的三维图案。光束可以在横向尺寸(长度和宽度)上创建微小特征,但是为了创建下一代纳米级器件,高能离子必须精确控制垂直尺寸 - 深度的特征。现在,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员已经证明,可以对标准离子束技术进行微调,以使深度控制在单个硅原子直径范围内的结构。

  利用新近展示的精度,NIST团队使用这种标准加工技术制造出能够精确测量液体中纳米颗粒尺寸的设备。具有大规模生产潜力的纳米流体装置可以成为确定纳米粒子尺寸的新实验室标准。这种测量可以加速纳米颗粒的工业应用中的质量控制。

  “我们已经测试并提出了可以制造和测量低于1纳米的能力,”NIST研究员Samuel Stavis说。他和他的同事来自NIST和马里兰大学帕克分校的马里兰纳米中心,他们在最近一期的片上实验室报道了他们的研究结果。

  虽然工程师多年来一直使用离子束来修复集成电路中的缺陷并在光学和机械系统中加工微小部件,但这些应用并不需要团队现在报告的深度控制。

  为了充分发挥该工艺的潜力,该团队探索了几种使用聚焦镓离子束来磨削硅,氮化硅和二氧化硅表面的方法 - 这些材料常用于制造电子产品中使用的纳米级器件,光学和力学。研究人员使用原子力显微镜,它具有一个灵敏的探头,可以测量离子束形成的地形深度。仔细测量对于测试离子束技术的极限非常重要。NIST的设施使团队能够完成两项任务 - 精密制造和精密测量。

  该团队应用了新功能来改进纳米粒子尺寸的测量。研究人员使用镓离子束在二氧化硅中加工阶梯图案,然后封闭它们以控制纳米尺度的流体流动。在一些设备中,研究人员加工了一个步长为1.1纳米的楼梯; 他们加工了0.6纳米的步长 - 只有几个原子深度。

  楼梯图案的步骤根据其尺寸精确地分离浸入水中的纳米颗粒。纳米粒子流入楼梯底部最深的台阶,但只有较小的台阶可以向顶部最浅的台阶上升; 较大的纳米颗粒无法穿过并保持陷入底部的一组步骤。纳米粒子中的荧光染料使团队能够用光学显微镜记录它们的位置,并将该位置与已知的楼梯深度相匹配。

  将通过该方法表示的纳米颗粒尺寸与使用电子显微镜测量的尺寸进行比较,发现匹配精确到1纳米以内。不同测量结果的这种良好一致性表明,这些装置不仅可以用作颗粒分离器,而且可以用作测量纳米颗粒尺寸的参考材料。

  经常对纳米粒子进行质量控制的制造商 - 不仅要确定它们的平均尺寸,还要确定有多少纳米粒子比批次中的平均值略小或大 - 可以从新技术中受益。Stavis指出,新制造的器件与廉价的光学显微镜相结合,可以精确定位纳米粒子的位置,提供了比其他测量技术更快,更经济的途径。该团队正在研究这些设备如何作为大规模生产廉价复制品的主模具。

  因为纳米粒子是用光学显微镜测量的,NIST团队还可以探索纳米粒子的大小与另一个关键属性 - 亮度之间的关系。澄清这种关系对于理解诸如用于彩色显示器的量子点,用于生物医学传感器的金纳米颗粒以及用于药物递送的其他纳米颗粒的纳米颗粒的性质是重要的。

  该团队详细介绍了他们的流程,以便NIST的研究人员可以轻松地利用并使流程适应他们自己的工作。NIST纳米技术用户设施的几个客户,即进行工作的纳米科学和技术中心,已表示有兴趣采用该技术来测量这些消费产品中纳米颗粒的尺寸和亮度。


上一篇:瑞博娱乐高庙乡推动脱贫攻坚再上新台阶

下一篇:如何测量机械阻抗