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nano
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Facultad de Ingeniería Físico-Química
Ingeniería Química
NANOTECNOLOGÍA
Luz Marina Ballesteros Rueda
TEMA 2: MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE NANOESTRUCTURAS
Métodos de Fabricación de Nanoestructuras
Top-down
(Destrucción o Reducción del
Tamaño)
Bottom-up
(Método de Construcción o
Autoensamblado)
Procedimientos
• miniaturización de
estructuras a escala
nanométrica.
• desde una
estructura
nanométrica
se comienza un
proceso de montaje
Top-down vs. Bottom-upTop-down
• Comienza con un patrón a
gran escala reduciéndolo a
nanoescala
• Producción a gran escala
(electronica)
• No son baratos ni fáciles de
fabricar.
• Un gran problema es la
imperfección de la estructura
superficial
•
Bottom-up
• Comeinza con átomos o
moléculas para construir
nanoestructuras
• La fabricación es mucho
menos costosa.
• Obtiene nanoestructuras con
menos defectos y mas
homogéneas en su
composición
• Se asemeja a los procesos de
la naturaleza
• Algunos lo consideran
nanotecnología realmente
Mét
od
os
de
Fab
rica
ció
n
Físicos
Top-downBall milling
Dry Etching
Lithography
Bottom-up
Chemical Vapor Deposition
Physical Vapor Deposition
Atomic Layer Deposition
Pulsed Laser Depostion
Molecular Beam Epitaxy
Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
Químicos
Top-down Chemical Etching
Bottom-up
Self-Assembly
Langmuir–Blodgett
Layer by Layer
Sol-gel
Spray pyrolysis
BM= Molienda por bolas; MBE= Crecimiento epitaxial por haces moleculares; MOVPE= Deposición de vapor
mediante procesos químicos organometálicos
Self-Assembly o AutoensambladoSA procedimiento bottom-up organización
espontánea de moléculas dentro de agregados bien
definidos via interacciones o fuerzas no covalentes.
organización espontánea equilibrio termodinámico
SA uno de los pocos procedimientos para fabricar un
grupo de nanoestructuras
Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno
• Interacción -• Metal-ligando
Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Angew. Chem. Int. Ed. , 2006, 45, 38– 68.
A. Gesquiere, E. W. Meijer, Nano Lett., 2004, 4, 1175-1179
Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno
• Interacción -• Metal-ligando
OPV= oligo(p-phenylenevinylene)s
P. J. Stang, B. Olenyuk, D. C. Muddiman, Organometallics, 1997, 16, 3094.
Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno
• Interacción -• Metal-ligando
Ventajas de SA• Lleva a cabo las más difíciles etapas en el proceso de la
nanofabricación utilizando técnicas altamente desarrolladas de
la síntesis química.
• Se basa en la enorme riqueza de la naturaleza (biología)para la
inspiración.
• Puede incorporar estructuras biológicas como componente en
el sistema final.
• Produce estructuras que son relativamente libre de defectos y
se auto-curan por lo que requiere sistemas
termodinámicamente estables.
• No requiere maquinaria para mover u orientar los
componentes, ese trabajo se lo deja al movimiento Browniano.
(Superficie-Componentes)
Autoensamblaje Químico, Físico y
Coloidal
• cubre ensamblajes a escala molecular de
compuestos con arquitecturas atómicas
diseñados precisamente dentro de estructuras
macroscópicos.
• La síntesis química controlada de unidades
elementales provee una herramienta para
ajustar la estructura y las propiedades del
sistema ordenado.
• Es fácil de preparar y ensamblar a partir de
soluciones que contienen las moléculas.
• Es un sistema ordenado y robusto bajo
muchas condiciones de uso.
• Representa estabilidad termodinámica,
ensamblaje espontáneo , y tiende a estar libre
de defectos.
• Permite el control del espesor de la película
dentro de ~ 1 nm.
• se refiere al ordenamiento de átomos que
resulta de procesos de deposición o de
tratamiento post- crecimiento.
• Puede proporcionar deposición de
películas delgadas no homogéneas en
comparación con los métodos de
procesamiento convencionales.
• Las deposiciones no uniformes exhiben
propiedades novedosas y útiles propiedades
para aplicaciones en nanoelectrónica y
nanofotónica .
Químico Físico
Autoensamblaje Químico, Físico y
Coloidal
• Caracteriza esos procesos en donde las
nanopartículas se agregan en grupos
(Clúster).
• Las nanopartículas o clústeres con
diámetros entre 1 y 20 nm tienen
propiedades híbridas que no son ni
propiedades de los átomos individuales ni
del bulk del material en el estado sólido.
• Cristales coloidales
• Redes de clústeres
Coloidal
Por qué la necesidad de SA?
http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm
Cada 18 meses: el costo del chip se reduce a la mitad y
su fuerza se duplica
Monocapas Autoensambladas (SAM)Ensamblajes moleculares son formados espontáneamente por inmersión de un
sustrato apropiado dentro de una solución que contiene la molécula a ensamblar.
10 mM - 10μM
• La naturaleza de la molécula
• Interfase
• Concentración de la solución
• Quimisorción
• Organización molecular
(fuerzas van der Waals, π-π y
hidrofobicas entre vecinos)
Substratos y moléculas
Au, Ag, Pt,
Pd, Cu ...Metal
Si
Graphene
CNTs
-SH , -C≡CH ,
-NH2 , -CN ,
-TMS , -COOH
OPE
OPV
BPTs
Bottom Electrode
-NH2 , -SH ,
-COOH , -CN
Utilización
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
ƒ = 0
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
HOOC-OPE-CCH
HCC-OPE-COO 3HN-OPE-O-C6H13
+
HCC-OPE-COO 3HN-OPE-O-C6H13
+ƒ 04,3·10-4 M/ CHCl3
(4 horas)
Película LB
HOPEA
H2N-OPE-C6H13
Orientado
Direccionalmente?
Si
No
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