تولید نانوساختارهای فروالکتریک پیزوالکتریکی

پژوهشگران موسسه فناوری جرجیا موفق شدند با استفاده از یک الگوی نرم، نانولوله‌های فروالکتریک با خاصیت پیزوالکتریکی بسازند. با این فناوری می‌توان نانوساختارهای فرالکتریک با اشکال دلخواه تولید کرد.

پژوهشگران موسسه فناوری جرجیا موفق شدند با استفاده از یک الگوی نرم، نانولوله‌های
فروالکتریک با خاصیت پیزوالکتریکی بسازند. با این فناوری می‌توان نانوساختارهای
فرالکتریک با اشکال دلخواه تولید کرد.

ساختارهای به‌دست آمده با این روش دارای قطر بیرونی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ نانومتر و ضخامت
۵ تا ۲۵ نانومتر است. این مواد دارای قدرت پیزوالکتریک بسیار خوبی هستند. این روش
می تواند منجر به تولید بلورهای فتونیک قابل تنظیم، نشرکننده‌های تراهرتز،
میکروموتورها، میکروپمپ‌ها، حسگرهای نانوالکرتومکانیکی، عملگرها و هدایت‌گرها شوند.

محققان با استفاده از روشی که در آزمایشگاه ملی اوک ریج ابداع شده، به بررسی خواص
پیزوالکتریک این ماده پرداختند. نازنین بصیری غرب، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک
در موسسه فناوری جرجیا، می‌گوید ما با استفاده از یک روش جدید موفق به تولید
نانوساختارهای سه بعدی شدیم که دارای نسبت عرض به ارتفاع بالایی بوده و همچنین
دارای خواص پیزوالکتریک خوبی است. علاوه‌براین ما برای مطالعه میزان پاسخ
پیزوالکتریک این نانوساختارها از روش جدیدی بهره گرفتیم.

 

از مواد فروالکتریک در مقیاس نانو می‌توان در حوزه‌های مختلف استفاده کرد اما به‌کار
گرفتن آنها در ادوات مختلف با چالش‌هایی همراه است، البته تولید این ادوات در مقیاس
میکرو انجام می‌شود. استفاده از راهبردهای بالا به پایین نظیر FIB می‌تواند
پژوهشگران را در تولید ادوات نانومقیاس یاری کند اما این روش ممکن است به سطح آسیب
برساند و همچنین خواص پیزوالکتریک و فروالکتریک را کاهش دهد. راهبردهای پایین به
بالا هم قادر به تولید ساختارهایی با نسبت عرض به ارتفاع بالا نبوده و کنترل روی
آنها بسیار دشوار است. اما روشی که پژوهشگران در این پروژه ارائه کرده‌اند امکان
تولید نانولوله با نسبت عرض به ارتفاع ۵ به ۱ را ممکن می‌سازد.

پژوهشگران در این روش از زیر لایه سیلیکون استفاده کرده و روی آن را با ماده‌ای
مقاوم دربرابر پرتو الکترونی پوشش دادند. با استفاده از لیتوگرافی پرتو الکترونی،
الگویی روی سطح ایجاد شد و سپس یک لایه نازک اکسید آلومینیوم با روش رسوب لایه اتمی
روی آن قرار داده می‌شود. در قدم بعد این الگو تحت خلاء در حمام اولتراسونیک حاوی
پیش ماده‌های شیمیایی غوطه‌ور می‌شود. این ساختار در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد
پیرولیز شده و سپس در دو مرحله آنیلینگ صورت می‌گیرد که با این کار بلورها تشکیل
شده و پلیمر از بین می رود. با این کار نانولوله‌های پیزوالکتریک روی زیرلایه اکسید
آلومینیوم ایجاد می‌شود.

نتایج این تحقیق در نشریه Advanced Materials به چاپ رسیده است.