Исследователи из США разработали простой метод ориентирования нанопроволок и углеродных нанотрубок на большой площади путём приготовления суспензии частиц в полимерном материале и выдувания из неё пузырей.

Пузыри диаметром до 25 см и высотой до 30 см содержат нанопроволоки или нанотрубки, ориентированные в одном направлении и расположенные через регулярные интервалы. Этот метод может оказаться полезным для приложений, требующих больших массивов наноразмерных электронных и оптоэлектронных устройств, таких как сенсоры и дисплеи.

Хотя учёными уже было разработано много методов производства ориентированных материалов, до сих пор они работали только на сантиметровом масштабе размеров. Новый метод, разработанный в Гарвардском Университете и Университете Маноа (Гавайи), позволяет изготавливать плёнки ориентированных нанотрубок и нанопроволок размером до 25 на 30 см – такой масштаб важен для многих коммерческих приложений.

Более того, метод позволяет получать ориентированные плёнки практически на любых подложках, что открывает новые перспективы для разработки устройств с использованием гибких субстратов. Он представляет собой всеобщий эффективный подход к изготовлению ориентированных плёнок из различных наночастиц.

Рис. 1. Фотографии пузырей

В экспериментах суспензия нанотрубок или нанопроволок в эпоксидном полимере на матричную поверхность с небольшим отверстием, так что над ним образовывалась мембрана. Затем через отверстие продувался азот, который заставлял мембрану расширяться и образовывать пузырь. Рост пузыря направлялся с помощью металлических колец таким образом, что смесь растягивалась до толщины всего 200–500 нм.

Наночастицы равномерно распространялись по поверхности пузыря и ориентировались приблизительно в одном направлении.

Высокая степень ориентированности, контролируемая плотность и большая площадь поверхности делают этот метод интересным для таких приложений, как биологические и химические сенсоры или дисплеи.

Единственным препятствием пока остаётся автоматизация метода, но учитывая широкое применение раздувной экструзии в плёночной индустрии, авторы метода не сомневаются в том, что смогут преодолеть и эти трудности.

В дальнейшие планы группы входит создание наносистем с заданными электронными и оптическими свойствами, а также использование различных полимеров для оптимизации метода. Например, учёные разработали пузыри на основе фотополимеров, которые могут быть напрямую интегрированы в традиционных методы литографии. Также они изучают механизмы ориентирования наноструктур в ходе надувания пузыря и разрабатывают методы создания трёхмерных устройств путём свёртывания или складывания получаемых плёнок.

Василий Артюхов