Необходимость миниатюризации всевозможных устройств, например биосенсоров требует поиска и разработки дешевых и экспрессных методов создания упорядоченных структур. Швейцарские ученые решили продемонстрировать достоинства метода самоорганизации на границе жидкость-жидкость (SALI – self-assembly at liquid-liquid interfaces) для воспроизводимого создания упорядоченных массивов наночастиц диаметром от 500 до 40 нм.

Метод SALI схематично представлен на рис. 1. В пробирку наливается вода и гескан и помещается подложка из кремния, покрытая SiO₂ или Si₃N₄, затем на границу раздела вода – гескан инжектируются частицы производного полистирола. На границе жидкость-жидкость происходит самоорганизация частиц полимерных частиц, которые остаются на подложке в упорядоченном состоянии после её поднятия из пробирки. Авторы статьи видят 3 причины для самоорганизации частиц на интерфейсе жидкость-жидкость.

Рис. 1. Схема метода SALI.

• Во-первых, наночастицы полимера оказываются зафиксированы на поверхности раздела, что приводит к формированию двухмерных структур на подложке.
• Во-вторых, сохраняется латеральная подвижность частиц, что приводит к формированию конфигурации частиц в соответствии с минимумом потенциальной энергии такой системы.
• В-третьих, между полярными и неполярными несмешивающимися жидкостями возникают особые взаимодействия. В частности электростатическое отталкивание получающееся в результате неравномерного заряда на интерфейсе является движущей силой для создания упорядоченных массивов.

Полученные массивы изучались методом РЭМ (рис. 2) Авторы отмечают, что малые частицы (100 и 40 нм) упорядочены хуже, чем большие, что связывают с большей полидисперсностью малых частиц, а также более сильным влиянием броуновского движения на малые частицы.

Рис. 2

Наконец, авторы изложили суть метода литографии с помощью частиц (Particle litography). На подложку полученным массивом частиц полимера наносилась тонкая пленка (20–30 нм) металлического хрома. Затем авторы удаляли частицы полистирола механически (скотчем). Используя хром, как маску, авторы создали массив нанопор посредством метода RIE (reactive ion etching). В полученные нанопоры были осаждены золотые наноколбочки посредством последовательного осаждения 2 нм титана, а затем 120 нм золота.

Рис. 3

В заключение авторы статьи хотят отметить, что предложенный метод SALI является перспективным методом создания упорядоченных массивов, в котором такие параметры, как размер коллоидных частиц и расстояние между ними могут быть изменены независимо друг от друга. Авторы надеются, что описанная в статье вариант литографии не является единственным приложением метода SALI, напротив метод SALI может стать универсальным методом создания маски из частиц.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Lucio Isa*, Karthik Kumar, Mischa Mller, Jan Grolig, Marcus Textor, and Erik Reimhult Particle Lithography from Colloidal Self-Assembly at Liquid−Liquid Interfaces. – ACS Nano, 2010, 4 (10), pp 5665–5670; DOI: 10.1021/nn101260f.