Multi-funktionella por-matriser av kisel
- Diarienummer
- RMA08-0090
- Start- och slutdatum
- 090701-150630
- Beviljat belopp
- 18 721 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Porösa material och skikt har mycket intressanta egenskaper som beror på porstorlek, djup mm. Om porerna fylls med ett annat material uppstår sk funktionella material som kan leda till många nya användningsområden. I detta forskningsprojekt avser vi att studera matriser av porer i kisel eller i tunna membran av kisel genom att använda avancerad kisel-processteknik där dimensionerna ges av optisk (eller elektronstråle-) litografi. Sådana pormatriser har många tillämpningar och vi har valt ut tre olika, nämligen: (1) Superhydrofobisitet (vattenavstötande förmåga) och dess beroende på storlek, form mm av (nano-) mikrostruktren på ytan vilket har stor betydelse för många industriella processer, för packetering etc, (2) Scintillator- eller metall-fyllda pormatriser med tillämpningar inom bildröntgen samt slutligen (3) nanoporer genom ett membran som kan bli kärnan i nästa generations DNA-sekvensieringstekniker. Ett genomgående tema är alltså utvecklingen av fabrikationstekniken för mikro/nanoporer som drivs mot mindre storlekar, högre höjd/bredd-förhållande och bättre precision. Ett annat genomgående tema är vätningdegenskaperna för strukturer i mikr/nano-skala och dess förståelse och användning i olika tillämpningar. Projktet kommer att utföras av tre forskargrupper vid KTH i nära samarbete: Vid Materialfysik i Kista, vid inst. för Ytkemi samt vid inst. för Bioteknik, de senare vid KTH campus och i Albanova. Projektet involverar 4 doktorander och en senior på fulltid.
Populärvetenskaplig beskrivning
Porösa material och skikt har många intressanta egenskaper. Bland annat har de en mycket stor inre yta i förhållande till volymen vilken kan utnyttjas t ex för katalys och annan kemisk bindning. Man kan också fylla den inre volymen med något annat material och ge det ursprungliga materialet nya egenskaper. Man talar då om ’funktionaliserade’ material eller ytor. Ofta beror de nya egenskaperna på storleken på porerna eller strukturen i den resulterande ytan. I detta projekt vill vi studera matriser av porer i kisel, dvs välordnade ytor/skikt där porerna kanske befinner sig någon mikrometer från varandra men har ett djup på kanske hundratals mikrometer. Med modern processteknik i kisel kan man nämligen åstadkomma detta med mycket hög precision – ända ner i nanometer-området. Vi har valt att fokusera på tre intressanta områden som har användningar bortom traditionell kiselteknologi: (1) Hydrofoba ytor, (2) Porer fyllda med scintillator material eller metall samt (3) Membraner med nanometerstora hål. Hydrofoba ytor stöter bort vatten och genom att använda en mycket speciell struktor i kisel har vi kunnat påvisa ”superhydrofobicitet” vilket innebär att vattendroppar studsar på ytan och bildar små klot, dvs ingen vätning av ytan sker. Detta har tillämpningar (jämför t ex vattenavstötand kläder) inom bl a kemisk processindustri och våra strukturerade kiselytor kan tjäna som modellförsök för förståelsen av superhydrofobicitet. Porer i kisel fyllda med scintillatormaterial är en av oss patenterad teknik för att detektera röntgenstrålning med hög lateral upplösning. Dessa porer fungerar då som ljusledare ned till en underliggande bilddetektor. Tekniken utvecklas nu vidare av det två år gamla företaget Scint-X där första applikationen blir en tandläkar- röntgendetektor. I detta projekt vill vi bl a utveckla tekniken mot mindre porer för att öka upplösningen ytterligare ned mot ~1 µm. I det tredje projektet ska vi tillverka tunna membran, kanske 30 nm tjocka, och etsa porer i dessa med mycket liten diameter, ca 2 nm! Håller porerna denna storlek så släpper de nämligen bara igenom enkelsträngad DNA och det skulle göra det möjligt att avläsa DNA basbar efter baspar när de tränger ut genom hålen. Med miljontals sådana hål i en matris, skulle man kunna läsa ut ett helt mänskligt genom på mycket kort tid – kanske några dagar. Detta ger fantastiska framtida möjligheter i form av individuellt anpassad medicinering, prediktion av sjukdomar mm.