Les nanostructures sont directement synthétisées dans des canaux microfluidiques parallèles (tenus par le cadre métallique) en faisant circuler une solution de réactif chimique spécial à travers le tube. La microfluidique ne crée pas seulement le dispositif fonctionnel, mais est également le dernier dispositif LED fonctionnel emballé lui-même. Photo :Jaebum Joo
Des chercheurs du MIT ont trouvé un moyen de contrôler avec précision les formes des fils submicroscopiques déposés à partir d'une solution - en utilisant une méthode qui permet de produire des appareils électroniques entiers grâce à un processus à base de liquide.
L'équipe a démontré la technique en produisant un réseau de diodes électroluminescentes (DEL) fonctionnelles constituées de nanofils d'oxyde de zinc dans un seul bécher, au lieu de plusieurs étapes et dispositifs séparés requis pour la production conventionnelle. Ils ont pu le faire dans des conditions relativement bénignes, avec des températures modérées et aucun vide nécessaire.
Contrairement aux grandes structures, avec des nanomatériaux — ceux dont les dimensions sont mesurées en nanomètres, ou des milliardièmes de mètre - les différences de forme peuvent entraîner des différences de comportement dramatiques. « Pour les nanostructures, il y a un couplage entre la géométrie et les propriétés électriques et optiques, " explique Brian Chow, un post-doctorant au MIT et co-auteur d'un article décrivant les résultats qui a été publié le 10 juillet dans la revue Matériaux naturels . « Pouvoir régler la géométrie est très puissant, " dit-il. Le système développé par Chow et ses collègues peut contrôler avec précision le rapport hauteur/largeur (le rapport longueur/largeur) des nanofils pour produire n'importe quoi, des plaques plates aux fils longs et fins.
Il existe d'autres façons de fabriquer de tels nanofils, dit Chow. "Les gens ont fait du bon travail en contrôlant la morphologie des fils par d'autres moyens - en utilisant des températures élevées, haute pression, ou traitement soustractif. Mais pouvoir le faire dans ces conditions bénignes est attrayant, « car il permet d'intégrer de tels dispositifs avec des matériaux relativement fragiles comme les polymères et les plastiques, il dit.
Le contrôle de la forme des fils était jusqu'à présent essentiellement un processus d'essais et d'erreurs. "Nous essayions de découvrir quel est le facteur de contrôle, » explique Jaebum Joo PhD ’10, qui était l'auteur principal de l'article.
La clé s'avère être les propriétés électrostatiques du matériau d'oxyde de zinc lorsqu'il se développe à partir d'une solution, ils ont trouvé. Différents composés, lorsqu'il est ajouté à la solution, ne s'attachent électrostatiquement qu'à certaines parties du fil - juste sur les côtés, ou juste aux extrémités - inhibant la croissance du fil dans ces directions. Le degré d'inhibition dépend des propriétés spécifiques des composés ajoutés.
Alors que ce travail a été réalisé avec des nanofils d'oxyde de zinc - un matériau prometteur qui est largement étudié par les chercheurs - les scientifiques du MIT pensent que la méthode qu'ils ont développée pour contrôler la forme des fils "peut être étendue à différents systèmes de matériaux, " Joo dit, peut-être y compris le dioxyde de titane qui est à l'étude pour des dispositifs tels que les cellules solaires. Parce que les conditions d'assemblage bénignes permettent au matériau de se déposer sur des surfaces en plastique, il dit, il pourrait permettre le développement de panneaux d'affichage flexibles, par exemple.
Mais il existe également de nombreuses applications potentielles utilisant le matériau d'oxyde de zinc lui-même, y compris la production de batteries, capteurs, et appareils optiques. Et la méthode de traitement a « le potentiel de fabrication à grande échelle, ", dit Joo.
L'équipe espère également pouvoir utiliser la méthode pour fabriquer « des dispositifs spatialement complexes de bas en haut, à partir de polymères biocompatibles. par exemple, pour fabriquer de minuscules dispositifs qui pourraient être implantés dans le cerveau pour fournir à la fois la détection et la stimulation.
En plus de Joo et Chow, la recherche a été menée par le chercheur invité Manu Prakesh, avec les professeurs associés du Media Lab Edward Boyden et Joseph Jacobson. Il a été financé par le MIT Center for Bits and Atoms; le laboratoire des médias du MIT ; la Fondation coréenne pour les études avancées; Samsung Électronique; la Société des boursiers de Harvard; le prix Wallace H. Coulter en début de carrière; le prix du jeune chercheur NARSAD ; la Fondation nationale des sciences ; et le NIH Director's New Innovator Award.
