Ученые продемонстрировали простой и дешевый способ создания самоорганизующихся электронных устройств. В их основе лежит тот факт, что вода и жидкое масло не смешиваются, но образуют сложные агрегатные молекулы на границе между жидкостями.
Применение этого принципа может помочь развернуть массовое производство высококачественных электронных микросхем и других компонентов, отказывшись от известных методов создания печатных микросхем.
До сих пор ученые пытались использовать силу тяжести при создании таких самоорганизующихся компонентов, прибегая к эффекту седиментации или осаждения взвешенных в жидкости смесей.
В рамках этого метода на матрицы таких устройств наносятся углубления, которые по форме точно соответствуют микрочастицам, взвешененым в растворе. Последние осаждаются подобно песчинкам и занимают отведенные им позиции на матрице.
"Мы пытались в течение двух лет воспроизвести этот эффект, но нам никогда не удавалось создать работающие устройства", - объясняет Хейко Якобс из университета штата Миннесота, который возглавлял группу исследователей.
Эмульсия масла в воде содержит ряд отдельных компонентов будущих фотоэлементов Каждый из них имеет в нижней своей части притягивающую воду молекулу, а в нижней водоотталкивающую молекулу. Компоненты занимают строго определенную позицию на границе между жидкостями в эмульсии Матрица фотоэлемента имеет заранее выгравированные пустоты, предназначенные для компонентов. При погружении матрицы в эмульсию и прохождении ее сквозь пограничную зону между двумя жидкостями компоненты занимают свое место в матрице.
Ученые решили применить эффект, хорошо знакомый каждому, кто готовил подливку к салату из масла и уксуса. Как известно, эти жидкости не смешиваются между собой.
Сначала они создали матрицу, на поверхности которой был нанесен слой с выемками из сплава олова, которые соответствовали по форме компонентам солнечной батареи. Затем они изготовили собственно компоненты фотодиодной батареи каждый из них представляет собой многослойную сборку из кремния и золота толщиной всего в несколько микронов.
Каждая из сторон таких сборок имеет различные покрытия. Слой кремния имеет нанесенную на него гидрофобную (водоотталкивающую) молекулу. Слой золота, наоборот, имеет гидрофильную молекулу, которая притягивает к себе воду. Регулируя плотность обеих жидкостей в составе эмульсии, исследователи добились того, чтобы матрица находилась как бы в подвешенном состоянии между ними.
Такие матрицы протаскиваются с помощью конвейерного устройства через разделительную зону в эмульсии, при этом компоненты, содержащиеся в ней, притягиваются в отведенные им ниши на поверхности матрицы.
Ученым удалось изготовить работоспособный прототип фотодиодного устройства, содержащий 65 тысячи компонентов, всего за 3 минуты.
Доказав, что этот метод является продуктивным, исследователи заняты сейчас, с одной стороны, миниатюризацией компонентов, а с другой, усложнением конечных устройств.
Особый интерес вызывает тот факт, что этот метод применим практически ко всем материалам, в том числе к гибким и жестким, к пластикам, металлам и полупроводникам.
Бабак Парвиз, профессор нанотехнологии в университета штата Вашингтон в Сиэтле, говорит, что этот метод легко масштабируется и применим для создания материалов с новыми свойствами, необходимыми для массового производства фотооптических устройств и солнечных элементов. Об этом сообщает ВВС.
