Cómo obtener nanopartículas a gran escala para plasmónica

Científicos del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) y de la Universidad de Barcelona, en España, han obtenido una novedosa técnica para obtener nanopartículas controlando su forma y su posición sobre una superficie. El método abre una vía a desarrollos en el campo de la plasmónica.

Las nanopartículas tienen muchas aplicaciones en productos químicos, biosensores, placas solares o dispositivos fotoquímicos. En función de su tamaño, su forma y su ubicación, se pueden conseguir diferentes resultados. Sin embargo, no todos esos aspectos pueden ser controlados con los actuales métodos de producción.

Actualmente, está muy consolidada la síntesis química de nanopartículas, que permite controlar los componentes de la partícula (lo que es interesante en productos químicos y cosméticos) pero no su forma ni su posición sobre una superficie. Para conseguir esto último, se dispone de métodos físicos, pero el resultado no es óptimo y tampoco permiten una producción eficiente ni económica de grandes cantidades. Por eso se limitan al campo de la investigación científica.

Controlar la forma de las nanopartículas y su disposición es especialmente interesante en el campo de la plasmónica. Los plasmones tienen lugar al incidir un haz de luz en la interfaz entre un dieléctrico (material de baja conductividad como puede ser el aire) y un material metálico, lo que da lugar a fenómenos como la concentración del campo eléctrico o el aumento de la absorción de luz. Estos efectos son de especial relevancia para el desarrollo de sensores o células fotovoltaicas.

Nanoparticulas con imagen de taza (arriba) y forma cónica (debajo). (Foto: CSIC)

La resonancia plasmónica depende del material, de su forma, del medio que le rodea, de la orientación y de la posible interacción entre nanoestructuras. Para su aplicación real fuera del laboratorio es necesario un método que permita fabricarlas de forma ordenada y controlar de forma precisa la geometría a gran escala. Esto ahora es posible gracias a la técnica que han desarrollado en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona  (IMB-CNM) del CSIC, que permite obtener nanopartículas controlando su forma y su ubicación de forma precisa, y a un coste económico.

El método se basa en la combinación de una sencilla técnica como es la litografía de nanoimpresión y varias técnicas de deposición de metales. En un primer paso, se crea una máscara de óxido de silicio sobre el substrato mediante nanoimpresion, lo que permite obtener resoluciones nanométricas. En un segundo paso, los motivos se traspasan a la capa de polímero depositada previamente bajo la máscara. Las nanopartículas metálicas se crean al depositar el metal, y toman la forma de las cavidades entre el polímero y la máscara, por tanto es suficiente controlar el grosor de la capa inferior de polímero para controlar la altura de las estructuras. En función de la técnica utilizada para la metalización las nanopartículas pueden tomar diferentes formas utilizando una misma máscara, por ejemplo forma de taza huecas o pirámides.

El método propuesto destaca por su flexibilidad para obtener cualquier forma, y combinación de materiales, lo que permite adaptar el diseño para mejorar la respuesta plasmónica de las nanopartículas. Además se puede aplicar a muchos otros campos de la nanotecnología, donde uno de los mayores retos para la transferencia de tecnología es el escalado de la fabricación a bajo costo.

Los resultados de este trabajo, realizados en colaboración entre el grupo de nanofabricación del IMB-CNM liderado por el científico del CSIC Francesc Perez Murano y el grupo de nanomateriales magnéticos de la universidad de Barcelona han sido dados a conocer en la revista Nanotechnology. En ella se han presentado algunas de las nanopartículas obtenidas en oro, con forma de taza o de cono, y muestran en algunos videos la respuesta plasmónica. El método desarrollado no sólo permite adaptar la forma y ubicación de las nanopartículas, sino también combinar diferentes materiales y hacerlo a un coste relativamente bajo. Este trabajo ha constituido parte de la tesis doctoral de la investigadora Nerea Alayo y continua en la actualidad mediante la tesis doctoral de la investigadora Ana Conde. (Fuente: CSIC)