研究人员展示了一种自组装电子设备的新技术。这项概念验证工作被用于制造二极管和晶体管，并为无需依赖现有计算机芯片制造技术就能自行组装更复杂的电子设备铺平了道路。

　　“现有的芯片制造技术涉及许多步骤，并且依赖于极其复杂的技术，这使得该过程既昂贵又耗时，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授、该工作论文的通讯作者Martin Thuo说。“我们的自组装方法明显更快，成本更低。我们还证明，我们可以使用该工艺来调整半导体材料的带隙，并使材料对光有响应——这意味着这项技术可以用于制造光电器件。

　　更重要的是，目前的制造技术产出率很低，这意味着它们生产的缺陷芯片数量相对较多，无法使用。我们的方法是高产量，这意味着你可以得到更一致的阵列生产和更少的浪费。”

　　Thuo称这种新的自组装技术为定向金属配体（D-Met）反应。下面是它的工作原理。

　　从液态金属粒子开始。在他们的概念验证工作中，研究人员使用了菲尔德的金属，这是一种铟、铋和锡的合金。液态金属颗粒被放置在模具旁边，模具可以做成任何尺寸或图案。然后将溶液倒在液态金属上。溶液中含有由碳和氧组成的称为配体的分子。这些配体从液态金属表面获取离子，并将这些离子保持在特定的几何图形中。溶液流过液态金属颗粒并被吸入模具。

　　当溶液流入模具时，携带离子的配体开始自行组装成更复杂的三维结构。与此同时，溶液中的液体部分开始蒸发，这使得复杂的结构越来越紧密地聚集在一起，形成一个阵列。

　　“没有模具，这些结构会形成一些混乱的图案，”Thuo说。“但由于解决方案受到模具的限制，结构形成可预测的对称阵列。”

　　一旦结构达到所需的尺寸，模具被移除，阵列被加热。热量分解配体，释放出碳原子和氧原子。金属离子与氧相互作用形成半导体金属氧化物，而碳原子形成石墨烯片。这些成分自行组装成一个有序的结构，由包裹在石墨烯片中的半导体金属氧化物分子组成。研究人员利用这项技术制造了纳米级和微级晶体管和二极管。

　　“石墨烯片可以用来调整半导体的带隙，使半导体或多或少响应，这取决于石墨烯的质量，”该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员朱莉娅·张（Julia Chang）说。

　　此外，由于研究人员在概念验证工作中使用了铋，他们能够制造出具有光响应性的结构。这使得研究人员可以利用光来操纵半导体的特性。

　　“D-Met技术的本质意味着你可以大规模地制造这些材料——你只受到你使用的模具尺寸的限制，”Thuo说。“你还可以通过控制溶液中使用的液体类型、模具的尺寸和溶液的蒸发速度来控制半导体结构。

　　“简而言之，我们已经证明，我们可以自组装高度结构化、高度可调的电子材料，用于功能性电子设备，”Thuo说。“这项工作展示了晶体管和二极管的创造。下一步是利用这项技术制造更复杂的设备，比如三维芯片。”

　　这篇论文题为“液态金属混合金属氧化物阵列的引导无限组装”，发表在《材料视野》杂志上。该论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士后研究员Julia Chang。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员安德鲁·马丁（Andrew Martin）共同撰写；北卡罗来纳州立大学的博士生Alana paul和danush Jamadgni；以及爱荷华州立大学的杜传申、魏乐、托马斯·沃德和孟·卢的研究。

　　Chang、Martin和Thuo正在申请与D-Met研究相关的专利。Chang、Ward和Du还有一项与D-Met研究相关的专利正在申请中。

　　这项工作得到了美国国家科学基金会复杂粒子系统中心2243104号拨款的支持。