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A和B為多孔螺旋形樹脂模板（周期性排列）的掃描電鏡圖片，C和D為移除模板后激光誘導的晶體硅納米結構圖。

  日前，康奈爾大學的高分子工程師制備了一種納米結構模具，可以將液態硅轉變為一種有機高分子材料。這是納米科學的一項突破性進展，使得制備具有良好性能的3-D單晶納米結構成為可能。此項工作是在康奈爾大學UliWiesner教授領導下完成的。此實驗室之前一直致力于有機高分子新型材料的制備。通過合適的化學方法和有機高分子的自組裝，研究人員利用高分子的特殊性質制作了此種模具，模具上點綴了很多精密的納米孔結構。

  通常來說，在熔化溫度約為2350度時，熔化的非晶硅會破壞高分子模具，其降解溫度約為600度。但是康奈爾大學的研究人員通過與Micheal Thompson的合作，利用激光的超短熔化周期成功解決了這一問題。

  研究人員發現，高分子模具可以經受住激光脈沖對硅的幾納秒加熱。在如此短的時間尺度下，硅可被加熱成液體，但是由于其熔化時間非常短，高分子沒有足夠的時間來氧化和分解，即通過此方法高分子模具可在高于分解點的溫度之上仍保持不變形。當模具被蝕刻掉后，研究人員發現硅可以很好地在模具上成型，即可以得到具有良好性能的單晶硅納米結構。雖然目前還沒有制備成品，但是根據論文結果，實現完全是可能的。在一項2010年發表的研究成果中，Wiesner和他的同事們已使用一種氧化模具指出了形成單晶硅納米結構的方法過程。

  大多數自組裝納米結構都是非晶態或多晶體，即由一種或多種材料按序組裝所得。這種方法很難判斷結構的性質源于本身還是由材料的缺陷所致？單晶硅的發現帶來了一場電子革命，它是一種廣泛應用于集成電路中的半導體結構。將單晶材料制備成晶片的做法是真正理解了硅的半導體性質。現在，利用納米技術已經可以實現納米尺寸的精細刻蝕，例如在硅片上可低至10納米。但是諸如光刻（將高分子材料寫入一種蝕刻到硅的結構中）的納米制造工藝很難應用于3-D結構。

  類似于硅的半導體材料并不能像高分子材料一樣自組裝進有序結構中。在半導體中得到一種三維的單晶結構，這一說法幾乎沒有聽說過。我們可以通過兩種方法制備單晶微納米結構，一種是多重刻蝕，另一種是模具制造。Wiesner的團隊現在正致力于模具的制備。

  制備模具本身就是一種突破，Wiesner的團隊之前通過嵌段共聚物（即內部分子具有特殊的結構）自組裝高度有序的多孔納米材料。首先，使用Thompson實驗室的二氧化碳激光器將納米硅材料寫入硅片中，再把一層含有嵌段化合物的薄膜旋涂到晶片上，指導聚合物樹脂的組裝。通過用激光在薄膜上劃線使得嵌段化合物分解，其正面樹脂的抵抗作用可使反面的樹脂掉落從而形成多孔納米結構，從而得到模具。

  Winesner說道：實驗結果已經表明，我們可以使用含有類似于螺旋二十四面體（一種周期有序的立方網絡結構）復雜結構的有機模板，將其印在熔融態硅上，從而得到晶體硅。

  美國國家科學基金會（National Science Foundation）的Andy Lovinger說道：作為所有電子產品主力軍的硅，能將其制備成各種復雜的形狀，這是前所未有的。這項出色的工作表明，我們可以很好地利用高分子材料諸項獨特的設計屬性。節選自《科學之家》