ANN ARBOR, Mich --- Guglie contorte, anelli concentrici, e petali piegati con grazia sono alcune delle nuove forme tridimensionali che gli ingegneri dell'Università del Michigan possono realizzare dai nanotubi di carbonio utilizzando un nuovo processo di produzione.

Il processo è chiamato "formazione capillare, " e si avvale di un'azione capillare, il fenomeno in atto quando i liquidi sembrano sfidare la gravità e salire spontaneamente su una cannuccia.

Le nuove forme in miniatura, difficili se non impossibili da costruire con qualsiasi materiale, hanno il potenziale per sfruttare l'eccezionale meccanica, termico, elettrico, e proprietà chimiche dei nanotubi di carbonio in modo scalabile, disse A. John Hart, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e presso la School of Art &Design.

Potrebbero portare a sonde in grado di interfacciarsi con singole cellule e tessuti, nuovi dispositivi microfluidici, e nuovi materiali con un patchwork personalizzato di trame e proprietà della superficie.

Un articolo sulla ricerca è pubblicato nell'edizione di ottobre di Materiale avanzato , ed è presente in copertina.

"È facile realizzare nanotubi di carbonio diritti e verticali come edifici, "Ha detto Hart. "Non è stato possibile farli in forme più complesse. L'assemblaggio di nanostrutture in forme tridimensionali è uno dei principali obiettivi della nanotecnologia. Il metodo di formazione capillare potrebbe essere applicato a molti tipi di nanotubi e nanofili, e la sua scalabilità è molto interessante per la produzione."

Il metodo di Hart inizia stampando modelli su un wafer di silicio. Il suo inchiostro in questo caso è il catalizzatore di ferro che facilita la crescita verticale dei nanotubi di carbonio nelle forme modellate. Piuttosto che timbrare un tradizionale, griglia uniforme di cerchi, Hart stampa cerchi vuoti, semicerchi e cerchi con quelli più piccoli tagliati dai loro centri. Le forme sono disposte in diversi orientamenti e raggruppamenti. Uno di questi raggruppamenti è un pentagono di semicerchi con i lati piatti rivolti verso l'esterno.

Usa il tradizionale processo di "deposizione chimica da vapore" per far crescere i nanotubi secondo gli schemi prescritti. Quindi sospende il wafer di silicio con la sua foresta di nanotubi sopra un bicchiere di un solvente bollente, come l'acetone. Fa condensare l'acetone sui nanotubi, e poi lascia evaporare l'acetone.

Quando il liquido si condensa, le forze di azione capillare entrano in azione e trasformano i nanotubi verticali nelle intricate strutture tridimensionali. Per esempio, alti semicilindri di nanotubi si piegano all'indietro per formare una forma che ricorda un fiore tridimensionale.

"Programmiamo la formazione di forme 3D con questi modelli 2D, "Ha detto Hart. "Abbiamo scoperto che la forma iniziale influenza il modo in cui le forze capillari cambiano la geometria delle strutture. alcuni si piegano, altri si torcono, e possiamo combinarli come vogliamo".

Il processo di formazione dei capillari consente ai ricercatori di creare grandi lotti di microstrutture 3D --- tutte molto più piccole di un millimetro cubo --- su aree essenzialmente illimitate, ha detto Hart. Inoltre, i ricercatori mostrano che le loro strutture 3D sono fino a 10 volte più rigide dei polimeri tipici utilizzati nella microfabbricazione. Così, possono essere utilizzati come stampi per la produzione delle stesse forme 3D in altri materiali.

"Ci piacerebbe pensare che questo apra l'idea di creare superfici e materiali nanostrutturati personalizzati con geometrie e proprietà che variano localmente, "Ha detto Hart. "Ora, pensiamo che i materiali abbiano le stesse proprietà ovunque, ma con questa nuova tecnica possiamo sognare di progettare insieme la struttura e le proprietà di un materiale."