Развитие различных технологий создания трехмерных наноструктур не теряет своей актуальности. К настоящему времени разработано и опробовано большое число различных методов получения 3D структур, где движущими силами являются электростатические, магнитные или капиллярные силы, под действием которых используемые наночастицы наносились на подложку нужным нам образом. Коллектив южнокорейских ученых предложил свой метод получения трехмерных наноструктур, в котором наночастицы впрыскиваются в виде (в составе) заряженного аэрозоля.

Для этого ученые для вначале нанесли на подложку слой фоторезиста, в котором на месте расположения будущих нанострутур проделаны отверстия. Затем на фоторезисте были адсорбированы ионы, которые играют роль своеобразной линзы, селективно фокусирующей наночастицы из аэрозоля в отверстия. По мере роста массива наночастиц в отверстии результирующее электрическое поле, максимальное вблизи выпуклой поверхности уже нанесенного массива наночастиц, ускоряет нанесение новых наночастиц из аэрозоля на уже созданный массив (эффект антенны). Таким образом, трехмерная структура внутри отверстия обладает постоянной толщиной, поскольку наночастицы наносятся исключительно поверх уже нанесенных. Когда высота массива превышает толщину фоторезиста, силы отталкивания со стороны фоторезиста начинают преобладать над эффектом антенны, и наноструктура начинает расти не только вверх, но и в бок, образуя некоторое подобие дерева, у которого ствол полностью погружен в отверстие в фоторезисте, а крона находится снаружи (рис. 1).

Рис. 1. На рисунках схематически изображен механизм получения трехмерных наноструктур, предложенный авторами статьи.

Описанным выше методом исследователи получили целый ряд наноструктур совершенно разнообразной формы, варьируя время роста и форму отверстий в фоторезисте (рис.2). По мнению авторов статьи, ключевым фактором, влияющим на конечную форму наноструктуры, является сила отталкивания, со стороны частиц, адсорбированных на поверхности фоторезиста.

Рис. 2. На фотографиях представлены наноструктуры спустя различные интервалы времени в случае квадратных (а) и крестообразных (b) отверстий. Длина меток 1.5 мкм.

Чтобы продемонстрировать перспективность предложенного метода, авторы статьи создали трехмерную наноструктуру для использования в качестве подложки для исследования методом гигантского комбинационного рассеяния (SERS). В качестве объекта исследования ученые выбрали тиофенол, для чего была приготовлена композитная наноструктура, в которой серебряные наночастицы были нанесены на заранее приготовленную 3D структура, образованную медными наночастицами (поскольку серебро, в отличие от меди, способно связывать тиофенол). Сравнивая рамановские спектры раствора тиофенола на трехмерной подложке, легко заметить, что увеличение времени роста наноструктуры (а следовательно увеличение площади ее поверхности) приводит к увеличению интенсивности сигналов в спектре.

Рис. 3. На рисунке представлены рамановские спектры для подложки, на которой нанесена двухмерная структура из серебрянных наночастиц (черный), для трехмерной структуры, описанной в статье, после 20 минут нанесения меди 30 минут нанесения серебра (синий), после 60 минут нанесения мели и серебра (красный) и после 90 минут нанесения меди и серебра (зеленый).