I metalli nanoporosi, materiali simili alla schiuma che hanno un certo grado di vuoto d'aria nella loro struttura, hanno una vasta gamma di applicazioni a causa delle loro qualità superiori.

Possiedono un'elevata superficie per un migliore trasferimento di elettroni, che può portare al miglioramento delle prestazioni di un elettrodo in un doppio condensatore elettrico o batteria. I metalli nanoporosi offrono un numero maggiore di siti disponibili per l'adsorbimento di analiti, una caratteristica altamente desiderabile per i sensori.

I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e dello Swiss Federal Institute of Technology (ETH) hanno sviluppato un modo economico e più efficiente per produrre metalli nanoporosi su molte scale, dalla nanoscala alla macroscala, che è visibile ad occhio nudo.

Il processo inizia con un wafer di silicio da quattro pollici. Un rivestimento di metallo viene aggiunto e spruzzato attraverso il wafer. Oro, argento e alluminio sono stati utilizzati per questo progetto di ricerca. Però, il processo di fabbricazione non è limitato a questi metalli.

Prossimo, una miscela di due polimeri viene aggiunta al substrato metallico per creare motivi, un processo noto come litografia a copolimero diblocco (BCP). Il modello viene trasformato in un'unica maschera polimerica con caratteristiche di dimensioni nanometriche. Scorso, una tecnica nota come fresatura a fascio ionico anisotropico (IBM) viene utilizzata per incidere attraverso la maschera per creare una serie di fori, creando il metallo nanoporoso.

Durante il processo di fabbricazione, la rugosità del metallo viene continuamente esaminata per garantire che il prodotto finito abbia una buona porosità, che è la chiave per creare le proprietà uniche che fanno funzionare i materiali nanoporosi. Più il metallo è ruvido, meno uniformemente poroso diventa.

"Durante la fabbricazione, il nostro team ha ottenuto una copertura dei pori del 92 percento con un'uniformità del 99 percento su un wafer di silicio da 4 pollici, il che significa che il metallo era liscio e uniformemente poroso, " ha detto Tiziana Bond, un ingegnere LLNL che è un membro del gruppo di ricerca congiunto.

Il team ha definito una metrica - basata su una correlazione parametrizzata tra la copertura dei pori BCP e la rugosità della superficie del metallo - con la quale la fabbricazione di metalli nanoporosi dovrebbe essere interrotta quando la porosità irregolare è il risultato noto, risparmio di tempi e costi di elaborazione.

"La vera svolta è che abbiamo creato una nuova tecnica per produrre metalli nanoporosi che è economica e può essere eseguita su molte scale evitando la tecnica del sollevamento per rimuovere i metalli, con controllo di qualità in tempo reale, " Bond ha detto. "Questi metalli aprono lo spazio di applicazione ad aree come la raccolta di energia, sensoristica e studi elettrochimici."

La tecnica di sollevamento è un metodo per modellare materiali target sulla superficie di un substrato utilizzando un materiale sacrificale. Uno dei maggiori problemi con questa tecnica è che lo strato di metallo non può essere rimosso uniformemente (o del tutto) su scala nanometrica.

I risultati del team di ricerca sono stati riportati in un articolo intitolato "Produzione su molte scale:copertura su macroscala ad alta fedeltà di array di metalli nanoporosi tramite nanofracazione senza distacco". Era la storia di copertina in un recente numero di Interfacce materiali avanzati .

Altre applicazioni dei metalli nanoporosi includono il supporto allo sviluppo di nuovi metamateriali (materiali ingegnerizzati) per il filtraggio e la manipolazione potenziati dalle radiazioni, compresa la luce ultravioletta profonda. Queste applicazioni sono possibili perché i materiali nanoporosi facilitano l'aumento anomalo della luce trasmessa (o riflessa) attraverso il tunneling dei plasmoni di superficie, una caratteristica ampiamente utilizzabile dai dispositivi emettitori di luce, litografia plasmonica, rilevamento basato sull'indice di rifrazione e commutazione completamente ottica.