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Monica Bollani (*)
(*) PhD - Institute for Photonics andNanotechnologies, CNR - ConsiglioNazionaledelle Ricer-
che, Laboratorio Lness, Politecnico di Milano -
omogeneo. Tuttavia, quando vengono scaldati, questi materiali hanno la tendenza a rom-
persi in goccioline di dimensione variabile e posizione casuale. A causa della loro naturale
instabilità, la temperatura massima alla quale si possono esporre i film sottili di silicio non
supera qualche centinaio di gradi Celsius. Per questo motivo, l’instabilità dei film solidi è
stata vista per lungo tempo come una problematica di grande rilevanza per numerose
applicazioni. Nondimeno, il controllo di taglia e forma di particelle di silicio consente di
cambiare profondamente le proprietà della superficie sulla quale si formano e, per esem-
pio, creare una meta-superficie ottica. In particolare, la creazione di particelle di silicio con
taglia inferiore al micron permette di manipolare in modo efficace la luce incidente su un
substrato, rendendolo anti-riflettente o perfettamente riflettente a seconda delle condi-
zioni. Quindi, l’opportunità di creare piccole particelle di silicio con controllo di forma e
densità attraverso un semplice processo termico apre la possibilità di implementare meta-
superfici dielettriche in maniera semplice, economica e su larga scala.
In un lavoro recentemente pubblicato (Science Advance2017; 3:eaao1472) viene mostrato
per la prima volta come controllare in maniera estremamente precisa la formazione di
nano-architetture complesse a base di silicio. È possibile guidare i fronti di bagnamento
di un film sottile di silicio attraverso un semplice pattern, precedentemente litografato sul
campione. Sotto l’azione del riscaldamento al quale i campioni sono sottoposti (~740 °C)
in ultra-vuoto, la massa disponibile all’interno delle zone litografate (~1 pg, spessore
12 nm e larghezza 5.000 nm, rapporto altezza/base ~1/400) è precisamente redistribuita
su distanze micrometriche, in centinaia di repliche identiche, che si estendono per centi-
naia di micron. In pratica, è come se la massa di uno strato dello spessore di 1 cm si spo-
stasse in modo coerente su una distanza di 4 metri, per formare in maniera deterministica
e molto precisa, con un errore di qualche centimetro, un motivo molto complesso di isole
e fili che le connettono le une alle altre.
Infine, non tutti i materiali sono facilmente manipolabili alle scale nanometriche, né con
questa tecnica né con altri metodi. Quindi, sfruttando una tecnica di ‘sol-gel dip-coating’
e ‘soft nanoimprint’, i motivi complessi ottenuti in silicio sono stati sfruttati come ‘stampo’
e trasferiti in altri materiali, quali ossido di titanio e silice. Il vantaggio ulteriore è la pos-
sibilità di scegliere il substrato sul quale stampare le nano architetture e anche di rego-
lare la porosità dei materiali utilizzati. Estremamente importante è la bassa temperatura
utilizzata per la calcinazione di queste strutture, che le rende perfettamente compatibili
con i moderni dispositivi elettronici. L’importanza di questi risultati risiede nella grande
precisione con la quale le nano-strutture sono create, la loro grande estensione e ripro-
ducibilità deterministica. Nel caso di silicio su ossido di silice, le possibili ricadute sono
in micro-elettronica e fotonica con materiali dielettrici, per esempio per la creazione di
nano-circuiti elettronici, meta-superfici, guide d’onda, interferometri ottici ecc. Nel caso
dell’ossido di titanio e ossido di silicio, i possibili impieghi vanno dalle meta-superfici die-
lettriche alla micro-fluidica, ai sensori di gas o applicazioni bio-mediche.
AO AUTOMAZIONE DOMANI
a bagnabilità delle superfici caratterizza
numerosi fenomeni naturali, basandosi su
un diverso bilancio tra le forze di coesione
e di adesione. Studi scientifici sui diversi
aspetti della bagnabilità hanno messo in
luce importanti implicazioni per diverse
applicazioni pratiche come stampa, ade-
sione, incollaggio, lubrificazione. Il compor-
tamento superidrofobico (cioè un angolo
di contatto tra il fluido e la superficie pra-
ticamente nullo) di superfici nano-micro
strutturate è stato, per esempio, utilizzato
per creare rivestimenti trasparenti, anti-
appannamento e auto-pulenti; un com-
portamento superidrofobo, invece, viene
sfruttato per realizzare materiali repellenti
all’acqua e con bassa resistenza all’attrito
dell’aria.
Molti materiali inorganici e organici, come
per esempio i polimeri, sotto forma di sottili
membrane, hanno la tendenza a rompersi
in piccole goccioline quando scaldati a
temperature ben più basse del loro punto
di fusione. Questa instabilità dei film sottili
è comune anche ai solidi cristallini (me-
talli e semiconduttori) ed è stata studiata
approfonditamente negli ultimi 60 anni. Il
motivo di questo interesse risiede soprat-
tutto nei limiti imposti da questo fenomeno
spontaneo per l’ulteriore miniaturizzazione
di dispositivi elettronici e i contatti elettrici
necessari al loro funzionamento. Molti ma-
teriali, infatti, che compongono dispositivi
elettronici sono strutturalmente composti
da sottili strati posti l’uno sopra l’altro a for-
mare un insieme che a occhio nudo appare
L
Solidi liquidi
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