Nanotecnologia

Nanotubos criados diretamente em chips

Nanotubos criados diretamente em chips

Engenheiros da Universidade da Califórnia (Estados Unidos) descobriram uma forma inovadora para a geração de nanofios de silício e nanotubos de carbono diretamente em microestruturas, eletrônicas ou não, em temperatura ambiente. A descoberta abre as portas para a fabricação em larga escala de dispositivos baseados em nanotecnologia.

Os pesquisadores foram capazes de focalizar precisamente o extremo calor necessário para o crescimento dos nanofios e nanotubos, protegendo os sensíveis circuitos microeletrônicos com os quais os aparatos nanotecnológicos devem ficar em contato. Apesar de estarem a apenas alguns micra de distância, os circuitos microeletrônicos permaneceram a temperatura ambiente, não sofrendo nenhum impacto das altas temperaturas.

A nova técnica, descrita na revista online Applied Physics Letters do dia 24 de Junho, elimina um complicado passo intermediário no processo de fabricação de sensores que incorporam nanotubos ou nanofios. A descoberta será capa da revista impressa que sairá no dia 30 de Junho. O artigo é assinado pelos estudantes Ongi Englander e Dane Christensen, os quais tiveram o acompanhamento de seu professor Liwei Lin.

Os nanodispositivos tornados viáveis pela nova técnica incluem detectores de doenças em estágios iniciais que poderão sinalizar a presença de um único vírus ou ainda sensores bioquímicos ultra-sensíveis que poderão ser sensibilizados por uma única molécula de um agente tóxico.

Os passos utilizados na criação de nanofios e nanotubos são essencialmente os mesmos, embora possam ser utilizados diferentes agentes químicos, agindo sob diferentes temperaturas. Os pesquisadores utilizaram uma liga de ouro e paládio com vapor de silane para criar nanofios de silício, e uma liga de ferro-níquel com vapor de acetileno para criar nanotubos de carbono.

Um processo de produção de nanofios ou nanotubos ocorre tipicamente em um forno a temperaturas entre 600 e 1.000º C. O primeiro passo consiste em se recobrir uma pastilha de silício de um centímetro quadrado com uma finíssima camada metálica. Um vapor é então direcionado rumo ao substrato de silício recoberto com metal. O metal age como catalisador em uma reação química que eventualmente forma bilhões de nanofios ou nanotubos precipitados sobre a pastilha.

Os nanomateriais são "colhidos" colocando-se a pastilha em um solvente líquido, como o etanol, e submetendo-a a ondas ultrasônicas, as quais fazem com que o material se desprenda da superfície de silício. Os pesquisadores devem então "garimpar" entre os bilhões de nanofios ou nantubos resultantes, aqueles que atendem às especificações desejadas para sua aplicação específica.

O maior problema para a produção de um dispositivo real, como um MEMS, reside em se pegar um único desses nanofios e colocá-lo no lugar correto do circuito que se deseja montar. Foi por isto que os pesquisadores resolveram adotar seu novo enfoque: ao invés de produzir os nanomateriais separadamente e depois juntá-los ao circuito, eles decidiram produzí-los diretamente sobre o circuito. O maior desafio foi justamente proteger os delicados circuitos microeletrônicos, que poderiam fundir-se a apenas uma fração da temperatura necessária para a criação dos nanotubos.

O aquecimento resistivo foi a resposta encontrada para resolver o desafio. "É a mesma idéia dos fios da resistência de uma torradeira," explica Englander. "A corrente elétrica flui através do fio para gerar o calor."

Os pesquisadores passaram a corrente através de um fio em locais específicos da microestrutura onde eles queriam que os nanotubos ou nanofios crescessem. Em uma experiência, uma área foi aquecida a 700º C enquanto a área ao redor permanecia a seguros 25º C. A experiência foi feita em uma câmara de vácuo. "É a integração direta da nanoescala com a microescala," afirma Christensen, que trabalhou nos experimentos com os nanotubos de carbono.

A foto do alto mostra os nanotubos de carbono que cresceram nos lados de uma microestrutura. À medida em que eles crescem, são orientados em direção a um campo elétrico, marcado com a letra 'E'. A segunda foto mostra um "close" do crescimento de nanofios.

Os experimentos resultaram na criação de nanofios de silício entre 30 e 80 nanômetros de diâmetro e até 10 micra de comprimento, enquanto os nanotubos de carbono ficaram entre 10 e 30 nanômetros de diâmetro e até 5 micra de comprimento. Os pesquisadores estão agora aprimorando o controle de temperatura, para criar nanotubos e nanofios nos tamanhos exatos desejados.

O processo permite a construção de nanosensores da mesma forma que hoje se produzem microprocessadores, sem a necessidade de nenhuma operação de pós-montagem. Os cientistas acreditam que isto torna o método ideal para a utilização em larga escala.





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