Wetenschappers stellen een nieuwe methode voor voor directe fabricage van sub-10-nm nanoporiën

Chinese wetenschappers hebben een nieuwe methode voorgesteld voor directe fabricage van sub-10 nm nanoporiën in WO₃ nanosheets met behulp van snelle zware ionen. De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-brieven.

De studie werd uitgevoerd door de wetenschappers van het Materials Research Center van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en hun medewerker aan het Joint Institute for Nuclear Research, Rusland.

Fabricage van hoogwaardige nanoporiën in vaste toestand is van groot belang voor de toepassingen van detectie van afzonderlijke moleculen, nanofluïdische apparaten en nanofiltratiemembranen. De meest populaire manier om nanoporiën te fabriceren in anorganische films, zoals SiN, SiO₂ en Al₂O₃is het gebruik van gefocusseerde ionen- of elektronenbundels.

Er is echter een feedbacksysteem of directe beeldvorming vereist bij het gebruik van deze poriemethode, en er kan slechts één enkele nanoporie tegelijk worden vervaardigd, wat de massaproductie beperkt. Daarom is het noodzakelijk om een ​​nieuwe poriemethode te onderzoeken die grootte- en dichtheid-controleerbare nanoporiën kan creëren zonder enig feedbacksysteem.

Op basis van de Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) hebben de wetenschappers een directe poriemethode in WO gedemonstreerd₃ nanosheets met behulp van snelle zware ionenbestraling.

Daarnaast pasten ze moleculaire dynamische simulaties toe om het onderliggende mechanisme te verklaren. Het bleek dat de viscositeit en oppervlaktespanning van de voorbijgaande gesmolten fase veroorzaakt door snelle zware ionen de belangrijkste factoren zijn voor de vorming van nanoporiën.

Door ionen met verschillende elektronische energieverliezen te selecteren, creëerden de wetenschappers nanoporiën met afmetingen van 1,8 tot 7,4 nm in WO₃ nanobladen. Ze kunnen de dichtheid van nanoporiën regelen door verschillende ioneninvloeden toe te passen.

Deze nieuwe methode, waarbij geen chemisch etsproces betrokken is, heeft het potentieel voor brede toepassing. Het maakt de weg vrij voor het fabriceren van nanoporiën in vaste toestand in materialen met een lage viscositeit en oppervlaktespanning met behulp van snelle zware ionen, en biedt nieuwe inzichten in de vorming van latente ionensporen in vaste materialen.