使用模具塑造事物与人类一样古老。在青铜时代，铜锡合金被熔化，然后用陶瓷模具铸造成武器。今天，从汽车零件到玩具，热液体都是通过注射和挤压成型成型的。
为此工作，模具需要稳定，而热液体材料硬化成形状。作为纳米科学的一个突破，康奈尔大学的聚合物工程师已经制造了这样一个纳米结构的模具，它可以从有机聚合物材料中塑造液态硅。这为完美的3d单晶纳米结构铺平了道路。
材料科学与工程系的工程教授Uli Wiesner的实验室取得了这一进展，他的实验室此前曾领导创造由有机聚合物制成的新型材料。在正确的化学作用下，有机聚合物可以自我组装，研究人员利用聚合物的这种特殊能力制作了一个模子，上面点缀着形状和大小精确的纳米孔。
这项研究发表在科学7月3日：http://www.sciencemag.org/content/349/6243/54.full
通常情况下，融化的非晶态硅(其熔点约为2350度)会破坏脆弱的聚合物模具，而聚合物模具在600度左右就会降解。但科学家们与材料科学与工程副教授迈克尔·汤普森(Michael Thompson)合作，利用激光诱导的极短的熔体周期解决了这个问题。
研究人员发现，如果硅被纳秒长的激光脉冲加热，聚合物模具就可以支撑。在如此短的时间尺度下，硅可以被加热成液体，但熔融时间如此短，聚合物没有时间氧化和分解。他们基本上欺骗了聚合物模具，使其在高于分解点的温度下保持形状。
当模具被腐蚀掉后，研究人员发现，硅已经被模具完美地塑形了。这将有助于制造完美的单晶硅纳米结构。他们还没做，但他们科学论文表明这是可能的。在2010年发表的研究中，威斯纳和他的同事使用一种氧化物模具展示了这一过程的路径。
威斯纳称这一突破是“美丽的”，可能是对研究纳米材料的一个基本见解。在材料科学中，我们的目标总是要得到明确的结构，以便在不受材料缺陷干扰的情况下进行研究。
如今，大多数自组装纳米结构要么是无定形的，要么是多晶的——由多块有序的材料组成。很难判断它们的性质是由于纳米结构本身，还是由材料中的缺陷所决定。
单晶硅（每个集成电路中的半导体）的发现使电子革命成为可能。将单晶切割成晶圆，才能真正了解硅的半导体特性。如今，纳米技术允许在硅片上进行极其精细的纳米级蚀刻，可以达到10纳米。
但是，像光刻这样的纳米制造技术，在这种技术中，聚合物材料的结构被蚀刻到硅中，当涉及到三维结构时，就达到了极限。
像硅这样的半导体不会像聚合物那样自组装成完美有序的结构。得到半导体的三维结构单晶几乎是前所未闻的。要制作单晶纳米结构，有两种选择：多次蚀刻或模压。威斯纳的团队现在已经制作了模具。
他们制作模具的方式本身就是一个突破。他们之前已经学会了用一种叫做嵌段共聚物的特殊结构分子自组装高度有序的多孔纳米材料。
他们首先在汤普森的实验室里使用二氧化碳激光器将纳米多孔材料“写”到硅片上。在硅片上旋转涂覆的薄膜包含嵌段共聚物，该嵌段共聚物指导聚合物树脂的组装。用激光在薄膜上写字时，嵌段共聚物分解，起到正色调抗蚀剂的作用，而负色调树脂留下来形成多孔纳米结构。这就成了模子。
威斯纳说:“我们证明了我们可以使用结构复杂的有机模板，如回旋线，周期性有序的立方网络结构，并将其‘压印’到熔融硅上，然后转变为晶体硅。”
“有能力将所有电子产品的重要组成部分——硅——塑造成复杂的形状，这是前所未有的，”国家科学基金会(National Science Foundation)材料研究部的项目主管安迪·洛文格(Andy Lovinger)说。“这个美丽的作品展示了如何利用高分子材料提供的独特设计特性来实现这一目标。”
申请依据：材料•先进
