В представленной научной работе нанонити (Прим. ред.: видимо, все же микростержни) синтезировали электрохимическим осаждением на анодированную подложку оксида алюминия (AAO). Размер нанонитей определяется размером пор подложки. Сейчас употребляются (по причине своей дешевизны) подложки с размером пор около 360 нм. Нанонити большого диаметра более стабильны по сравнению со структурами меньшего диаметра, однако «нековалентные» химические взаимодействия не подходят для организации этих тяжелых нанонитей в упорядоченные ансамбли или наноструктуры. Для решения этой проблемы предложено 2 подхода (Прим. ред.: и можно предложить еще…).

Подход на основе капиллярных сил. Наблюдалась агрегация нанонитей на границе раздела жидкостей, что понижало энергию системы (рис.1). Наночастицы также организуются при проходе подложки через границу раздела фаз. Так можно покрыть площади размером до нескольких квадратных сантиметров (и больше при наличии соответствующего оборудования). Обычно, когда применяют такой метод, используют границу воздух-вода, но она не подходит для больших нанонитей (например, 360 нм в диаметре).

Рис.1. Нанонити золота распределены в хлороформе (a). Далее добавили несколько капель воды для создания суспензии, которую затем энергично встряхивали для сосредоточения нанопроволок на границе раздела вода-хлороформ (b). Подложка с гидрофильно-гидрофобными поверхностями пропускали через границу раздела, при этом наночастицы закреплялись на гидрофильных областях подложки (с).

Чтобы проверить возможность применения сборки золотых нанонитей большого диаметра на гидрофильных поверхностях, подложку диоксида кремния (без текстуры) обработали раствором пираньи {Прим. ред.: смесь серной кислоты и перекиси водорода} и пропустили через границу раздела вода-хлороформ, содержащую золотые нанонити, а затем протягивали через границу раздела хлороформ-воздух. Микрофотография со сканирующего электронного микроскопа и фото-вставка (рис.2а) отчетливо показывают, что подложка диоксида кремния густо покрыта нанонитями золота.

Рис.2. SEM микрофотография и фотография на врезке (вставка) золотых нанонитей, нанесенных на нетекстурированную гидрофильную подложку диоксида кремния (а). Темнополевая оптическая микрофотография золотых нанонитей, селективно агрегированных на гидрофильной кремниевой подложке (b). SEM микрофотографии золотых нанонитей, ориентированных на линиях 0.5 мкм полосах (c,d). Темнополевая оптическая микрофотография золотых нанонитей на одномикронных гидрофильных полосах (е).

Текстурированные подложки со смежными гидрофильными-гидрофобными областями используются для сборки нанонитей на определенных частях подложки. Подложка готовится следующим образом. На нетекстурированную подложку диоксида кремния при помощи термического испарения наносят золото, а затем ее обрабатывают 1-октадекантиолом (ODT). Благодаря этому области с нанесенным золотом становятся гидрофобными. При уменьшении ширины гидрофильных линий до 1 мкм единичные золотые нанонити агрегируются в виде цепочки.

Тем не менее, сориентировать отдельную нанонить в желаемую позицию с помощью одних лишь капиллярных сил часто не удается. Для решения этой задачи авторы использовали процедуру механического ориентирования (рис.3). Процедура заключается в нанесении полиметилметакрилата (ПММА) на подлодку диоксида кремния, в которой затем электронным лучом вырезаются бороздки (размером 8 мкм х 800 нм). На подложку помещаются нанонити, а затем их размазывают кисточкой, чтобы они заняли эти бороздки. В результате 70% бороздок занимаются нанонитями, их которых 25% заняты одиночными нанонитями. К таким нанонитям можно подсоединять контакты и использовать как наноэлектронные устройства (рис.4 b,c). Измерение сопротивления нанонитей показало, что их среднее удельное сопротивление составляет 6.3 х 10–4 Ом●см (рис.4d).

Рис. 3. Схема механического упорядочения нанонитей золота (см. текст).

Рис. 4. Отдельные золотые нанонити, механически сориентированные на микроэлектродах: a, b, c – SEM микрофотографии нанонитей, d – вольт-амперные характеристики нанонитей, показанных на рис. с.

Таким образом, авторы продемонстрировали 2 варианта сборки нанонитей золота диаметром 360 нм: с помощью капиллярных сил и с помощью механического упорядочения. Первый способ позволяет ориентировать большие количества нанонитей с получением протяженных текстурированных объектов. Второй способ позволяет манипулировать отдельными нанонитями для получения наноэлектронных устройств.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Jong Kuk Lim, Byung Yang Lee, Marı´a Laura Pedano, Andrew J. Senesi, Jae-Won Jang, Wooyoung Shim, Seunghun Hong, and Chad A. Mirkin, Alignment Strategies for the Assembly of Nanowires with Submicron Diameters. – Small. – V.6. – Issue 16. – P. 1736–1740.