Avance en nanomecanización y ruptura molecular orgánica

Según un artículo publicado este mes en Nanowerk.com, investigadores en ingeniería de la Universidad de Arkansas y la Universidad de Nebraska-Lincoln han descubierto un novedoso proceso de nanomecanización que permitirá a los fabricantes producir mejores dispositivos a nanoescala para realizar funciones importantes, como la detección de ADN o un control preciso de la administración de fármacos.

La investigación, que se publicará en la revista Physical Review Letters, se centra en la ruptura dieléctrica de moléculas orgánicas de líquidos introducidas durante el proceso de nanomecanización. Los materiales dieléctricos no conducen la corriente eléctrica.

“La comprensión de las propiedades dieléctricas de capas muy finas desempeña un papel fundamental en los dispositivos electrónicos de última generación”, señala Ajay Malshe, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Arkansas. “En los últimos 10 años, el proceso de mecanización en materiales conductores para estos dispositivos ha llegado al nivel de los micrómetros (entre 3 y 10 micrómetros). Ahora, con este proyecto, hemos demostrado por primera vez la ruptura dieléctrica a nivel nanométrico”.

“Este conocimiento es un paso importante de cara a lograr reproductibilidad, fiabilidad y repetibilidad a la hora de fabricar a escalas por debajo de los 20 nanómetros, algo fundamental para la realización de sistemas activos a nanoescala”, señaló Kamlakar Rajurkar, profesor de ingeniería industrial y sistemas de gestión de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

Utilizando un microscopio de sonda de barrido con características adicionales, Malshe, Rajurkar y Kumar Virwani, ingeniero coautor del estudio, concibieron una máquina de descarga eléctrica y una plataforma de fabricación y descubrieron la ruptura de moléculas dieléctricas a través de un agujero de menos de 20 nanómetros de longitud. La plataforma de mecanizado nanoeléctrica permitió a los investigadores colocar una punta del cátodo (electrodo con carga negativa que actúa como punto) contra un plano del ánodo (plano con carga positiva) haciendo un sándwich con las moléculas orgánicas entre ambos.

El voltaje aplicado en el agujero generó un intenso campo eléctrico. Tras realizar el corte y parar el voltaje, los investigadores observaron el comportamiento de las moléculas orgánicas, confinadas en el agujero. Rajurkar identificó el proceso anterior como mecanizado por descarga eléctrica a nanoescala o nanoEDM.

El medio molecular orgánico es una parte integral de la organización de mecanizado, señala Malshe. Entender sus propiedades dieléctricas y de ruptura es fundamental para determinar cómo funciona el proceso de mecanizado y conducirá a una mejora de la velocidad y el rendimiento de mecanización.

Entender el comportamiento y la ruptura molecular del medio dieléctrico durante la mecanización de materiales extremadamente resistentes es también fundamental para el desarrollo de productos comerciales con estas características, como nanoporos para la detección del ADN, nanosurtidores para una administración controlada de fármacos y boquillas para dispositivos fluídicos.

Hay una gran demanda de estas características en metales difíciles de mecanizar, como el oro, el titanio, el platino o el silicio; cerámicas como el nitruro de silicio o el dióxido de silicio y polímeros conductores. Esta investigación amplía también el conocimiento de la electrónica molecular y orgánica.

Según Virwani, el éxito de nanoEDM permitirá a la industria trabajar en una variedad de materiales eléctricamente conductores y semiconductores en un entorno distinto del vacío y será decisivo para una amplia gama de aplicaciones emergentes.

Fuente: Nanowerk