一直以来黄金被用来制造美丽的首饰和装饰品,绝对可称得上是“贵族金属”,其实在制备功能纳米结构方面,它也有广泛的应用。在等离激元器件、生物传感器和电触头等元件中,图案化的黄金纳米结构都是关键部件。目前黄金纳米结构一直是以二维的为主,在曲面上制备纯金纳米结构或者三维的纯金纳米结构的制备一直存在技术瓶颈。
近期,维也纳理工大学的Heinz Wanzenbock教授领导的研究团队发明了一种新的FEBID技术,可以制备高导电的三维纯金纳米结构。该技术的原理是利用扫描电子显微镜的聚焦电子束,在精确位置局部分解有机金属前驱体,最后得到固体纯金的3D结构。
在制备纯金纳米结构的过程中,另一个大的障碍是如何提高材料的纯度。用常规的电子束诱导沉积技术得到的纳米结构通常包含70%的碳原子,只有30%是金原子。而改进的FEBID新技术,在黄金沉积过程中,原位增加一种氧化剂,可以得到纯净的金纳米结构。不仅如此,该方法制备的黄金纳米结构还表现出极低的电阻率,接近于块体黄金。
普通的FEBID方法制备的金结构的电阻率达到1欧姆/厘米,该数字约是纯净块体黄金的100万倍。而这种新方法制备的黄金纳米结构电阻率只有8.8微欧姆/厘米,约是块体纯金的电阻率的四倍(块体纯金为2.4微欧姆/厘米)。
Heinz Wanzenbock教授说:“整个团队在过去的十多年来一直努力实现直接沉积纯金纳米结构。最终,所有的付出都是值得的。这有点像传说中的点石成金术,把常见的、普通的材料变成了黄金。”该团队的研究成果已经在Scientific Reports杂志发表。
该团队的另外两个成员Mostafa Moonir Shawrav博士和Dipl.Ing.Philipp Taus博士表示:这种高电导率的纯金纳米结构将会为新型纳米电子器件开启一扇新的大门。例如,纳米天线和生物分子固化装置的纯金结构将会更加容易生产 ,这些都是与我们的生活息息相关的产品。总之,该研究成果意义重大,实现了3D打印领域的一项巨大跳跃,尤其是在光子学和生物电子学器件领域产生重大影响。
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