MXPA04011172A

MXPA04011172A - Metodo y aparato para el ensamble bidimensional de particulas.

Info

Publication number: MXPA04011172A
Application number: MXPA04011172A
Authority: MX
Inventors: Schneider Juan
Original assignee: Nanometrix Inc
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-08-15
Also published as: DE60303509D1; EP1647334A1; CA2385911A1; WO2003095108A1; CA2484653A1; EP1503870A1; KR20050020798A; CA2484653C; AU2003229443A1; KR100997548B1; DE60303509T8; CN1652881A; ATE317304T1; JP2005525230A; DE60334251D1; EP1503870B1; ATE481183T1; DE60303509T2; EP1647334B1

Abstract

Se describen un metodo y un aparato (10) para hacer capas delgadas a partir de particulas, en donde las particulas son depositadas sobre un fluido portador que fluye por gravedad a lo largo de una rampa (12) conduciendo a un dique (18). Las particulas son mantenidas en el fondo de la rampa (12), ocasionando asi que las particulas sean apiladas una contra otra en una configuracion de monocapa.

Description

METODO Y APARATO PARA EL ENSAM BLE BIDIMENSIONAL DE PARTIC ULAS ANTEC EDENTES DE LA INVENCIÓN CAM PO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y un aparato para hacer monocapas de partículas o moléculas, y más particularmente, a tales métodos y aparatos convenientes para industrias de producción a gran escala.

DESC RI PCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR En la industria de alta tecnolog ía de hoy, la miniaturización del sistema electrónico, almacenamiento de alta densidad de información , representación visual de pantalla y otros mecanismos están buscando n ivel de micrómetro sub. Hace décadas, se inventaron diversos métodos para lograr pequeños mecanismos y probados para desempeñarse en el nivel sub-milímetro como a aplastado, extendido, cizallamiento, microtomización, extrusión o pasar entre rodillos para adelgazar. Mientras que estos métodos se acercan a escala de micrómetro, posiblemente pueden ocurrir defectos como hoyos, protuberancias, desorientación, grietas, etc. La producción de capas a través de la sublimación de material bajo vacío es de beneficio para el material inorgánico, y se hicieron capas de espesor de nanómetro. Desafortunadamente, esto obliga al uso de temperatura elevada para metales, que destruye el material frágil como grupos magnéticos o proteínas que podrían estar involucradas en el proceso. Además, la orientación, o más generalmente, no es posible la organización de la materia en tales acercamientos, los átomos o moléculas se apilan al azar una arriba de la otra. Por consiguiente, se ha propuesto conducir partículas sobre planos aplanados y empaquetarlas lado a lado para construir capas. La organización de la materia en tales capas delgadas produce propiedades interesantes en mecanismos ópticos, electrónicos, de bio detección, filtración, de almacenamiento magnético, etc. De hecho, el tamaño de los objetos a ser manipulados puede estar en cualquiera de entre 1 milímetro y una décima de un nanómetro. Por consiguiente, a través de las décadas, se inventaron diversos métodos de ensamble de 2D, con el propósito de lograr tal organización, pero la mayoría de ellos probaron ser inconvenientes para las industrias de producción a gran escala. El primer método de ensamble de 2D se inventó en los Inicios del siglo XX. Este simplemente consistía en el depósito de partículas sobre una interfase de gas-líquido plana y reunir estas con barreras móviles para formar una monocapa. Inicialmente se pensó que siendo uniformes y libre de defecto, las capas que se hacían de partículas puestas en contacto de todas direcciones, condujeron a orificios y pandeos locales en la monocapa. La Solicitud de Patente Canadiense No. 2,291 ,825 publicada el 3 de Diciembre de 1998, revela un método y un aparato para preparar monocapas de partículas. Más particularmente, este documento revela un método de Flujo Laminar Delgado Dinámico (DTLF) , en donde una capa de líquido, que contiene una suspensión de partículas, se inyecta sobre un cilindro giratorio. La rotación del cilindro empuja las partículas una contra la otra para formar una monocapa continua sobre el cilindro giratorio. El cilindro giratorio se hace avanzar longitudinalmente con respecto a un substrato sobre el cual se deposita la monocapa. De acuerdo con este método, son necesarios mecanismo mecánicos para prod ucir la fuerza de manejo requerida para llevar las partículas una contra la otra. Además, las dimensiones del cilindro giratorio lim itan el tamaño de la monocapa que se puede producir con este método. El cilindro giratorio también contribuye a limitar la zona de monitoreo requerida para controlar la producción de las monocapas. Aunque el método descrito en la solicitud de patente arriba mencionada es eficiente, se ha encontrado q ue existe una necesidad para un nuevo método y aparato, el cual ofrece flexibilidad en la producción mientras que permite el control y monitoreo más fácil del mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA I NVENCIÓN Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención suministrar un método y aparato para hacer capas delgadas de partículas en medio ambiente de producción a gran escala. Es tam bién un objetivo de la presente invención suministrar un método y un aparato que ofrezcan flexibilidad en la producción. Es otro objetivo de la presente invención suministrar un método y un aparato que faciliten el control de la producción de capas delgadas de partículas. Por consiguiente, de acuerdo con la presente invención, se suministra un aparato para hacer monocapas de partículas, que comprende una superficie que forma .» una capa, un sistema de suministro de fluido para proporcionar una capa de fluido en movimiento sobre la superficie que forma una capa, un sistema de suministro de partícula para depositar partículas sobre la capa cuando el fluido está corriendo a lo largo de la superficie que forma una capa, la capa de fluido lleva las partículas hacia un dique, el dique origina que las partículas entrantes se ensamblen lado a lado para formar gradualmente una capa de partículas. De acuerdo con un aspecto general adicional de la presente invención, se suministra un método para hacer monocapas de partículas, que comprende los pasos de : depositar partículas sobre un fluido portador que fluye a lo largo de una superficie, de tal manera que las partículas se lleven a través del fluido portador a una zona de formación, y contener las partículas transportadas por el fluido portador en la zona de formación para originar que las partículas se apilen gradualmente una contra la otra en una configuración de capa delgada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Habiendo así descrito en general la naturaleza de la invención, ahora, se hará referencia a los dibujos acompañantes, mostrando a manera de ilustración, una modalidad preferente de la misma, y en la cual: La Fig. 1 es una vista en perspectiva esquemática de un aparato para hacer capas delgadas de partículas, de acuerdo a una primera modalidad de la presente invención. La Fig. 2 es una vista de elevación lateral esquemática del aparato de la Fig. 1 ; La Fig. 3 es una vista en perspectiva esquemática de una placa hidrofílica sobre la cual se distribuye un fluido portador, por medio de un primer inyector poroso para transportar las partículas depositadas en el fluido portador, a través de un segundo inyector poroso, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; La Fig. 4 es un diagrama de un sistema de suministro de fluido portador para alimentar el primer inyector poroso que se muestra en la Fig. 3; La Fig. 5 es un diagrama de un sistema de suministro de suspensión para alimentar el segundo inyector poroso que se muestra en la Fig. 3; La Fig. 6 es una vista de elevación lateral esquemática que ilustra como se monitorea el crecimiento de la monocapa en la parte inferior de la placa hifrofílica; y La Fig . 7 es una vista de elevación lateral esquemática que ilustra los principios detrás del monitoreo de la producción de la monocapa.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALI DADES PREFERE NTES Ahora , haciendo referencia a los dibujos, se describirán un método y un aparato 1 0 convenientes para fabricar capas delgadas de partículas para aplicaciones industriales. Como se observará más adelante, las capas pueden ser bien ordenadas en formación bid imensional o cristales, o ser amorfas o incluso porosas, si se requiere. La construcción del aparato 1 0 se caracteriza por su simplicidad , lo cual suministra su mayor mejora. Como se muestra en las Figs. 1 y 2, el aparato 1 0 o generador de monocapa, en general com prende una superficie hidrofílica típicamente en la forma de una rampa 1 2 q ue tiene una inclinación ajustable, un sistema de sumin istro de fluido portador 14, y u n sistema de suministro de partícula 16, ambos localizados en una parte extrema superior de la rampa 1 2, un d ique 1 8 en la parte extrema inferior de la rampa 12, y un mecanismo de transferencia de monocapa 20. De acuerdo a una modalidad preferente de la presente invención , la rampa 12 se suministra en la forma de una placa rectangular 21 (50 cm de largo, 1 0 cm de ancho y 0,5 cm de espesor) mantenida en una posición inclinada por medio de una estructura de soporte apropiada 22. La estructura de soporte 22 se puede ajustar para variar la inclinación de la placa rectangular 21 , como se desee. La placa rectangular 21 tiene una superficie plana 24 sobre la cual su suministra continuamente una capa delgada 26 (menor que un milímetro) de fluido portador, por medio del sistema de suministro de fluido portador 14. El fluido portador se inyecta a través de una serie de inyectores separados lateralmente 27 sobre la superficie inclinada 24 con una ligera presión. Unos pocos cm hacia abajo, los inyectores 27, el flujo del fluido portador se difunde sobre la amplitud total de la superficie 24 explotando las propiedades de capilaridad de un filtro apropiado. De esta manera, el flujo cubre la superficie total de la rampa 12 de manera uniforme. El número de los inyectores 27 dependerá de la amplitud de la rampa 12 por sí misma. El fluido portador fluye hacia abajo por la gravedad, a lo largo de la superficie inclinada 24, y se recibe en un depósito de fluido 28 proporcionado en la parte inferior de la rampa 12. Se puede suministrar una unidad de reciclaje (que no se muestra) para redireccionar el fluido portador dentro del sistema de suministro 14. Se entiende que la naturaleza del fluido portador se elige de acuerdo a las características físico-químicas de las partículas. El sistema de suministro de partícula 16 es distinto del sistema de suministro de fluido portador 14, e incluye un número de inyectores separados lateralmente 30. Este contiene una suspensión de partículas, la cual se dirige a la superficie de la capa 26 del fluido portador, a través de la aplicación de una diferencia de presión ligera a través de los inyectores 30. Otra vez, el número de inyectores 30 está en función de la amplitud de la rampa. Después de la inyección, las partículas 32 serán libres de moverse por toda la superficie total del fluido portador y se difundirá rápidamente en todas direcciones para ocupar la superficie 24 de una orilla a otra. El sistema de suministro de fluido portador 14 y el sistema de suministro de partícula 16, trabajan juntos para garantizar la uniformidad y homogeneidad de la capa final tomando en cuenta las propiedades de auto ensamble de las partículas. El fluido portador transporta las partículas 32 hacia abajo de la rampa 12 al dique 1 8. El dique 1 8 se forma a través de la acumulación del fluido portador en el depósito 28. El papel principal del dique 18 es contener las partículas en la parte inferior de la rampa 12, de tal manera que las partículas se apilen lado a lado, por ello formando gradualmente una monocapa 34 de partículas ordenadas en el fluido portador. Como se muestra en las Figs. 1 y 2, la monocapa de las partículas crecerá hacia arriba gradualmente en la rampa 12. De acuerdo a otra modalidad de la presente invención, la cual no se ¡lustra, el dique 18 podría consistir de una barrera móvil desmontable dentro del flujo del fluido portador, para retener las partículas 32 que flotan en el fluido portador, mientras que se permite al fluido portador fluir a una parte hacia debajo de la barrera. Se podría utilizar cualquier otra estructura que suministre la acumulación de las partículas 32, de la parte inferior de la rampa 12. El mecanismo de transferencia monocapa 20 se suministra en la forma de un cinturón transportador 36 y es operacional para transportar la así formada monocapa de partículas a un lugar deseado para otro procesamiento o almacenamiento. La superficie inclinada 24 es el núcleo del aparato 1 0, ya que este es el lugar donde toma lugar el ensamble de la monocapa. Tomando en cuenta que interviene un número bastante grande de variables físicas y químicas en el proceso de ensamble, se debe resaltar que el ajuste final de la velocidad del flujo de partículas depende de la posición de la rampa 12. De hecho, esta permite la modulación de la intensidad del componente gravitacional de la fuerza de conducción: entre más empinada la inclinación más rápido fluirán las partículas 32. Los parámetros que determinan la velocidad del flujo son la inclinación de la rampa 12, la viscosidad del fluido portador y la adhesión de sus moléculas con la superficie superior 24 de la rampa 12, de acuerdo con la siguiente proporcionalidad: V a d. Sin ?/? A donde V es la velocidad, ? es la viscosidad, A es el coeficiente adhesivo entre la superficie inclinada 24 y el fluido portador, d es la espesura de la capa y T es el ángulo de la rampa 12 con respecto a la horizontal. El uso de la fuerza gravitacional para apilar las partículas 32 lado a lado sobre la superficie 24 ventajosamente obvia la necesidad de recurrir a mecanismos mecánicos para producir la fuerza de conducción necesaria, con el propósito de ensamblar las partículas 32 sobre la superficie del fluido portador que fluye en la superficie inclinada 24. El desempeño del presente método esencialmente depende en un número de rasgos y características que se pueden resumir como sigue: 1 - la fuerza que conduce al fluido portador hacia delante, se genera por el campo gravitacional natural de la Tierra; 2- las partículas 32 se depositan sobre la interfase gas-líquida del fluido, la cual por ello, transporta las partículas 32 hacia delante; 3- una monocapa se desarrolla apilando una por una, lado a lado las partículas 32 sobre una interfase líquida, 4- Eventualmente, la monocapa se transfiere sobre el transportador 36 para otro tratamiento. La presente invención es ventajosa sobre aparatos y métodos convencionales, en que: 1 - No existen parte móviles para la preparación de las monocapas. Esto significa control no excesivo de partes mecánicas, ni operación de construcción y reparación de máquinas costosas, ni ajuste. 2- El monitoreo de las diferentes fases de la producción es mucho más fácil sobre una placa o panel inmóvil y plana que sobre un cilindro giratorio y redondo. 3- La producción industrial de superficies grandes es más fácil que cualquier otro método existente, debido a la ausencia de partes móviles. 4- La zona de monitoreo para controlar la producción de monocapas puede ser tan grande como se necesite.

De acuerdo a una modalidad adicional de la presente invención, la cual se muestra en la Fig . 3, el inyector de fluido se suministra en la forma de un inyector cilindrico poroso 50 que se extiende transversalmente de la parte extrema superior de la rampa 12. El inyector tiene un cuerpo cilindrico definido por una pared que se extiende circunferencialmente, que se puede hacer de un material poroso, o, alternativamente, de una material impermeable, el cual se ha perforado para definir una pluralidad de orificios de salida. En el caso de un tubo perforado, una lámina de filtro porosa podría estar enrollada alrededor del filtro para suministrar un flujo mas uniforme del fluido portador exteriormente de manera radial del inyector cilindrico de distribución 50. De esta manera, el fluido portador fluirá hacia abajo sobre toda la superficie de la rampa 12 sin turbulencia de superficie. Como se muestra en la Fig. 3, las partículas se podrían depositar y transportar en la superficie superior del fluido portador por medio de un inyector de suspensión 52. El inyector de suspensión 52 podría tomar la forma de un inyector poroso cilindrico similar al uno utilizado par distribuir el fluido portador. Como se muestra en la Fig. 3, el inyector de suspensión 52 se extiende transversalmente de la rampa 12 más abajo del punto de inyección del fluido portador, es decir, debajo del cilindro 50. De acuerdo a la modalidad ilustrada, las partículas a ser ensambladas juntas para formar el monocapa están en suspensión en un líquido. El líquido de suspensión se alimenta al inyector 52 y origina que fluya exteriormente de manera radial a través de las paredes del mismo sobre el fluido portador que fluye bajo el inyector 52. Los inyectores porosos cilindricos 50 y 52 se conectan respectivamente en comunicación de flujo fluida a un sistema de alimentación de fluido portador 54 y un sistema de alimentación de suspensión 56. Como se muestra en la Fig. 4, el sistema de alimentación de fluido portador 54 comprende una unidad reguladora y de distribución de gas 57 la cual está operablemente conectada a un depósito de distribución 58, primer y segundo depósitos de fluido portador 60 y 62, y un depósito de adaptación fina 64. El papel de la unidad de regulación y distribución de gas 57 es presurlzar los depósitos 58, 60, 62 y 64 y mantener la presión ahí dentro en un valor deseado. La presión se determina de acuerdo con el flujo de salida deseado. El flujo portador se almacena en el primer y segundo depósitos 60 y 62. Un sistema de ciclo 68 está conectado operativamente al primer y segundo depósitos 60 y 62 para abrir selectivamente uno de los depósitos 60 y 62. De esta forma, cuando un depósito se está llenando, el sistema puede todavía se alimentado a través del otro depósito. Si únicamente se utilizara un depósito, el sistema tendría que ser desconectado con el propósito de permitir el llenado del depósito. Por consiguiente, el fluido portador fluirá de un elegido de uno de los depósitos 60 y 62 a una unidad mezcladora de fluido portador 66 donde el fluido portador se mezcla con un aditivo, tal como un agente ácido, alimentado del depósito de adaptación fina 64. Después de que se ha mezclado con el aditivo, el fluido portador se dirige dentro del depósito de distribución 58, el cual actúa como un regulador para asegurar que el fluido se suministrará al inyector poroso 50 en la presión deseada. Una válvula (que no se muestra), conectada operativamente a un sistema de control (que no se muestra) se asocia operativamente al puerto de salida del depósito de distribución 58 para regular el flujo del fluido que se alimenta al inyector poroso 50. Se entiende que también se suministra una válvula de control en la salida del depósito de adaptación fina 64 para controlar el flujo del fluido de ahí. Del mismo modo, está implícito que el sistema de ciclo 68 incluye un par de válvulas en las salidas respectivas del primer y segundo depósitos 60 y 62. Un restrictor de flujo 70 se suministra más abajo del inyector poroso 50 para asegurar que una mayor parte del fluido portador fluya exteriormente de forma radial del inyector poroso 50, como opuesto a fluir a lo largo de un camino recto a través de éste longitudinalmente. Sin embargo, la pequeña parte del fluido portador que fluirá a través del restrictor 70 será dirigido dentro de un tubo 72, o alternativamente, regresará dentro del depósito de distribución 58. La Fig. 5 ilustra el sistema de alimentación de suspensión 56. Como se puede observar de la Fig. 5, el sistema de alimentación de suspensión 56 es similar al sistema de alimentación de fluido portador 54, en que este comprende un sistema de regulación y distribución de gas 57' operable para controlar la presión interna de los depósitos del sistema. El sistema incluye primer y segundo depósitos 60' y 62', un depósito de distribución 58', un depósito de adaptación fina 64' y un depósito de suspensión 63. Las partículas están en suspensión en un líquido contenido en el depósito de suspensión 63. El líquido de suspensión se alimenta dentro de una unidad mezcladora de suspensión 66' donde el líquido de suspensión se mezcla con un aditivo alimentado del depósito de adaptación fina 64'. El líquido de suspensión luego se dirige dentro de una unidad de reciclaje 74 en la cual se regresa al líquido de suspensión, el cual ha fluido longitudinalmente a través del inyector poroso 52. El sistema de reciclaje alimentará uno del primer y segundo depósitos 60' y 62', mientras que el otro de uno de dichos depósitos 60762' está conectado en comunicación de flujo fluida con el depósito de distribución 58'. Una unidad de distribución de suspensión 68' se suministra para cambiar de un depósito al otro, controlando la apertura y el cierre de los puertos de entrada y salida del primer y segundo depósitos 60' y 62'. Por consiguiente, si el primer depósito 60' se está llenando, la unidad de distribución de suspensión 68' abrirá el puerto de salida del segundo depósito 62' para permitir que la suspensión líquida fluya del segundo depósito al depósito de distribución 58'. El flujo de la suspensión líquida del depósito de distribución se regula a través de una válvula de control (que no se muestra) conectada al sistema de control. La suspensión líquida dejará el depósito de distribución 58' en la presión deseada fijada a través de la unidad de regulación y distribución de gas 57' y fluirá deníro del inyector poroso 52. Un restrictor de flujo 70' se suministra más abajo del inyector poroso 52 para inyectar la suspensión líquida para fluir exteriormente de forma radial a través de la pared porosa del inyector 52. Como se muestra en las Figs. 6 y 7, el aparato 10 preferentemente también incluye un sistema de monitoreo 80 para obtener retroalimentaciones en línea sobre la producción de la monocapa. Se observó que la creación de la monocapa se acompaña por la generación de una cresta 82 u onda en la superficie del fluido portador aproximadamente 1 o 2 cm hacia arriba del borde de salida de la monocapa. Esta cresta u onda por ello puede ser ventajosamente utilizada para seguir el crecimiento de la monocapa. Detectando la posición de la cresta 82 uno puede averiguar cuánto se han apilado las partículas una contra la otra. De esta forma, es posible controlar la velocidad del transportador de salida 20, así como la proporción de distribución de las partículas, de tal manera que el número de partículas alimentadas es igual al número de partículas ensambladas de monocapa que se han quitado del dique 18 a través del transportador de salida. La posición de la cresta y, por ello, del borde de salida de la monocapa que se está formando, por ejemplo, se detecta dirigiendo un rayo de luz o ultrasonido a la superficie del fluido portador más abajo, del segundo inyector poroso 52 y recibiendo el rayo reflejado. Como se muestra en la Fig. 7, la posición de la cresta se determina como una función del ángulo de reflexión del rayo incidente.

Experimentación El prototipo construido siguiendo el esquema de la Fig. 1 , se utilizó en algunos experimentos preliminares en el presente método. En el prototipo, jeringas colocadas en la parte superior de la rampa, se utilizaron como inyectores para el fluido portador y para la suspensión de partículas. El émbolo de cada jeringa se dirigió por un actuador que comprende una placa que empuja sobre la cabeza del émbolo por medio de un tornillo, girando a una velocidad constante. Se puede utilizar un actuador conocido con el nombre de "Harvard Apparatus 22 syringe pusher". Previo a la inyección, se utilizan el volumen de cada jeringa y la superficie del émbolo, para determinar la velocidad del desplazamiento longitudinal del émbolo, con el propósito de suministrar la proporción de inyección deseada. La aguja de cada jeringa se ajustó dentro de un tubo que pone fin a la interfase aire-agua. El fluido portador se eligió para arrastrar fácilmente partículas sobre su superficie hacia abajo, a lo largo de la rampa. De acuerdo a este ejemplo específico, el fluido portador fue agua. Se eligieron partículas micrométricas, con el propósito de producir efectos ópticos visibles al ojo desnudo: el cambio en la apariencia de la superficie líquida de lechoso a iridiscente, se utilizó para monitorear la formación de capas delgadas. El procedimiento consistió en dirigir las partículas en la superficie del líquido portador, el cual fluye por la gravedad a lo largo de la superficie superior de la rampa. Cuando un dique en la forma de una barrera móvil se colocó en la parte inferior de la rampa, apareció iridiscencia, por ello indicando el inicio de la formación de la capa sobre la superficie del fluido portador. En experimentos preliminares, la alimentación de partícu la se detuvo tan pronto como se había producido una superficie suficientemente grande de capa de monocapa. Después de la evaporación del líquido formador de la superficie superior de la rampa, la capa obtenida fue uniforme y no mostró defectos visibles y la iridiscencia fue permanente. De la misma manera, también se prepararon monocapas de l ípidos. Las monocapas se prepararon utilizando una molécula anfifílica, dioleollfosfatidilcolina (DOPC) . Esta molécula se mezcló con benceno y la solución (típicamente 1 0"4 M) se depositó en la interfase aire-ag ua utilizando el inyector arriba descrito. La concentración se ajustó de tal una manera q ue el flujo de inyector y la proporción de producción de monocapa se balancearon a aproximadamente 1 mm por segundo. La existencia de la monocapa se reveló a través de la hidrofobicidad del substrato sobre el cual se transfirió la monocapa. La eficiencia de la producción de monocapa también se determinó conociendo el volumen de la solución inyectada, así como la concentración de solución y el área molecular, y la superficie total del substrato sólido cubierto. Sistemas de recolección monocapas y m u lticapas Existen dos situaciones concernientes a la recolección de la monocapa de formación . (a) En el primer caso, la capa de partículas se puede recolectar directamente en la rampa, así que esta no necesita ser transferida a un substrato. Bajo estas circunstancias, una barrera colocada en la parte inferior de la rampa, retiene el flujo de partículas, con el propósito de hacer que la monocapa crezca exteriormente. Una vez que el proceso se detiene, el fluido portador se deja evaporar o fluir debajo de la barrera, o absorbida por la rampa, o si no solidificar (a través de enfriamiento, polimerización u otros procesos). Después del proceso, la placa cubierta se quitó. (b) En el segundo caso, la barrera se reemplaza por un apoyo que soporta al substrato sobre el cual, se va a colocar la monocapa. Este sustrato puede ser rígido, flexible o incluso fluido. En el caso de substratos rígidos, tal como portaobjetos de microscopio, el tamaño de la monocapa que se puede hacer, obviamente está limitado a las dimensiones del substrato por sí mismo. Cuando el sustrato es un fluido, el límite es esencialmente el área de la superficie a ser cubierta. Por el otro lado, el uso de substratos flexibles, como bandas de plásticos enrolladas, Teflón, papel o seda (y esta no es una lista exhaustiva), permite una producción continua y transferencia de partículas, la cual únicamente está limitada por las capacidades de inyección. La transferencia de la monocapa de la superficie del fluido portador al sustrato, se hace construyendo las interacciones entre las tres sustancias: las partículas ensambladas, el fluido portador y el substrato. Ejemplos de estas interacciones pueden ser: fuerzas atractivas y repulsivas, afinidad química o hidrofóbica, hidrofílica, interacciones basadas en la carga eléctrica o en campos magnéticos. También se pueden obtener multicapas a través de la superposición de capas sucesivas obtenidas con los procedimientos descritos arriba. Tipos de partículas Se pueden utilizar partículas de cualquier dimensión y forma, de acuerdo con la presente invención. El producto final para la industria determ inará el tamaño, forma, naturaleza, composición y propiedades de superficie de las partículas. Las partículas podrían ser tan pequeñas como un nanómetro (ácido grado, alcohol graso, C60, pigmentos, grupos magnéticos), pocos nanómetros (proteínas: encimas, bombas moleculares, canales iónicos, anticuerpos) , decenas de nanómetros (virus, macromoléculas grandes, y coloides no metálicos), cientos de nanómetros (partículas de látex, coloides medianos, virases grandes) , partículas micrométricas (bacterias, pequeñas células, perlas de vidrio, partículas ópticas) y partículas de décima de micron (células, coloides grandes, fibras, lentes). Campo gravitacional : se hace uso del campo gravitacional natural de la Tierra. Sin embargo, cualq uier cuerpo de masivo genera su propio campo gravitacional. Además, en el futuro un campo gravitacional artificial o un efecto físico que produce un efecto sim ilar en masas (por ejem plo, fuerza centrífuga), se considera conveniente generar la misma fuerza de conducción sobre el fluido portador. El fluido que lleva partículas hacia delante puede ser cualquier líquido, algunas veces nombrado subíase. Esta puede ser acuosa o no, agua pura , metales fundidos, nitrógeno líquido, etc. Su papel es mantener las partículas en su superficie a través de cualquier combinación de fuerzas, entre ellas Arquímedes, electrostática, magnética, empuje, hidrofóbica, etc. Tratamiento en monocapas Las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, magnéticas, ópticas , químicas y biológicas de las monocapas se diseñan a través de la elección y la orientación de las partículas. La delgadez extrema de las monocapas y la orientación de las partículas suministran desempeños excepcionales: rápida disipación de calor, alta capacitancia, alta permeabilidad, masa sensible, detección bio y química, cristales de 2D, rayo de punto cuántico, efectos de túnel, alta densidad de formación, superconductividad, etc. El apilado de las partículas lado a lado de una forma secuencial se puede hacer en paralelo a tratamientos físicos y químicos e las partículas, por ejemplo radiación electromagnética: estas pueden estar en donde sea entre rayos gama a microondas, con el propósito de fundir, ionizar, polimerizar, oxidar, etc. reacción quím ica. Añadiendo encimas, reactivos qu ímicos, catalizadores, agentes aglutinantes, para el eslabonamiento de ínter-partículas, detergentes, solventes, etc. Tipos de monocapas y mu lticapas Una monocapa es un mundo bid ímensional. En este mundo, las partículas se pueden mover tan libre como un gas, o con algunas restricciones como en un líquido, o ser fijas como en un sólido. El sólido puede ser ya sea amorfo o cristalizado. El presente método puede hacer continuamente monocapas grandes de varios metros, para producción industrial muy grande. En el opuesto, para detección bio y microelectrónica, las bandas de monocapa pueden ser únicamente de un largo de micrómetro. Debido a la rapidez y versatilidad del presente método, se puede cambiar el tipo de partícula hecha monocapa, durante la producción para hacer monocapas con diferentes tipos de materiales. La regularidad del proceso se puede utilizar para hacer bandas de diferentes tipos en paralelo o perpendiculares al eje principal de producción. El presente método es capaz de depositar cualquier tipo de monocapas sobre cualquier superficie, líquida o sólida. Esta versatilidad en la capa, suministra un tremendo potencial de aplicación. Las superficies pueden ser ya sea hidrofóbicas o hidrofílicas. Además, la aspereza de la superficie no es importante para la eficiencia de transferencia de la monocapa sobre la superficie por sí misma. Virtualmente, cualquier superficie se puede cubrir a través del presente método. Una vez que se hace una sola monocapa, se puede depositar otra capa en la parte superior de ésta. Esta superposición de capas se llama multicapa. Dado que el presente método es muy rápido y continuo, se puede lograr un número ilimitado de superposiciones, envolvimiento en una llanta por ejemplo. El presente método es capaz de superponer monocapas hechas del mismo o de diferentes tipos de materiales. Esta superposición, o partículas bien orientadas-dispuestas, es llamada arquitectura molecular. Ejemplos de aplicaciones Como se mencionó arriba, una monocapa está hecha de partículas. Estas pueden estar hechas de un solo tipo de partículas que hacen la monocapa, pero éstas también pueden ser una combinación de partículas, para suministrar los efectos deseados particulares de monocapa. Además, la enorme opción de partículas actualmente disponibles en el mercado, combinada con las partículas que se pueden sintetizar en el presente estado de los laboratorios físico-químico de técnica, suministra al presente método una elección cuasi infinita de materiales a utilizar, y por ello monocapas para preparar. Mecánica El presente método produce monocapas libres de defecto. Las partículas elegidas pueden ser suaves o duras, móviles o fijas. De esta forma, las propiedades de superficie se pueden controlar de no fricción a fricción alta, de no adhesiva a adhesiva, de dura a suave; de plástica a elástica. Debido a la delgadez de la monocapa, las propiedades mecánicas como la masa específica por área, velocidad de ondas y elasticidad se perturban fácilmente cuando se tocan por un cuerpo extraño. Estas propiedades intrínsecas pueden ser útiles para la detección de pequeños objetos como polvos, virases o sustancias específicamente adhesivas (anticuerpos, o reactivos químicos). Térmica La superficie muy larga para proporción de volumen suministra a la monocapa una capacidad rápida tremenda de disipación de calor. Esta podría ser una forma de atravesar la pared de calor encontrada por la industria computacional de hoy. Química Debido a la alta superficie para proporción de masa, un catalizador sólido es más activo en una organización monocapa. El transporte de reactivos y productos es más fácil y los sensores de fluido pueden ser más sensibles. Las monocapas o multicapas se pueden colocar entre dos fases de fluido diferentes para control y catalizar reacciones en sus interfases. Un ejemplo excelente de tal estrategia se encuentra en la naturaleza con la fotosíntesis. Las hojas se hacen de bicapas lípidas, en las cuales las proteínas, que hacen las nonofábricas de la conversión de energía solar, se fijan. Ellas son células no electrolíticas que suministran oxígeno y comida para la totalidad de la vida en la Tierra. Por consiguiente, podrían ser construidos los mecanismos bioquímicos y químicos sintéticos, basados en la monocapas que contienen nanofábricas. Eléctrico La elección de materiales de conducción permite la fabricación de conductores delgados. La alternancia de tales hojas con monocapas de materiales no conductores, significa grandes superficies separadas con aislantes delgados nanómetros. Sin embargo, el nivel de calidad de monocapa debe ser suficientemente alto para no crear defectos a través de los cuales podrían fluir cargas eléctricas. Como un ejemplo, la bicapa lípida que hace la envoltura externa de fibras nerviosas, es de únicamente de alrededor de 4 nanómetros de gruesa, y sin embargo, esta sostiene voltajes tan altos como aproximadamente 0.2 volts, lo cual hace un campo eléctrico tremendo del orden de 1 00 millones de volts por metro a través de esta. El presente método suministra un camino en el cual se puede construir ensamble de alta capacitancia, directamente en silicio de circuitos integrados. Electrónica El presente método puede suministrar una capa aislante muy delgada para u n mejor transistor de efecto de campo. La alta calidad de la monocapa y la vasta opción de materiales aislantes puede mantener la carga eléctrica por más tiempo y para menos energ ía de recarga. Esto es importante para memoria electrostática de larga duración. La nanolitografía ha descubierto recientemente q ue las líneas son más finas si se escriben en monocapas moleculares debido a su extrema delgadez. Se dibujaron líneas de una longitud de pocos nanómetros y aparte, abriendo el camino para un nuevo progreso en la nano-ingeniería. El presente método proporciona cobertura uniforme, por ello perm itiendo la producción de sistemas eléctricos en m uy alta densidad . Además, la posibilidad de superponer las monocapas una sobre otra, significa que esta densidad de nanosistemas eléctricos podría ser multiplicada por el número de monocapas apiladas. La dimensión de nanómetro también significa que electrónica cuántica, por ejemplo túnel de electrón, se puede llevar a provecho. Magnético La inducción magnética es más rápida, más fácil y más intensiva a través de una membrana muy delgada como una monocapa. Un número más alto de bobinas se puede acumular en un espacio dado. La monocapas pueden suministrar mecanismos delgados para la medición y utilización del efecto Hall y campos magnéticos cuánticos. El presente método suministra la alta regularidad y perfecto control del depósito de partículas magnéticas para hacer densidades de superficie altas de dominio magnético para almacenamiento de datos masivo Superconductor De acuerdo a la tendencia presente en la búsqueda de superconductor, los mejores superconductores son en realidad multicapas de conductores bidimensionales. El presente método produce estructuras bidimensionales de alta calidad, cristalinas, cuasi-cristalinas o amorfas, en un rango grande de espesor y opciones de material. Las monocapas de superconductores bidimensionales, conductores o aislantes con propiedades magnéticas especiales se pueden superponer en cualquier orden para hacer ensamble multicapa. Óptica La delgadez de las monocapas se puede ajustar para hacer un rango grande de filtros interferenciales, lentes o reflectores de rayos X a la longitud de onda infrarroja. La delgadez controlada también es crítica para efectos de túnel óptico. Si se utilizan materiales quirales o birrefringentes, están disponibles muchos de los efectos quirales, incluyendo efecto elipsométrico y efecto Kerr. Los efectos interferenciales también se pueden obtener a través de formaciones bidimensionales (2D) de partículas, porque el presente método suministra alta regularidad y control perfecto de depósito de partículas ópticas y cristales 2D. Todos esto efectos se pueden utilizar para hacer holografía, representación visual electrónica plana y otros mecanismos de imaginación. La combinación de estado de la técnica de monocapas puede hacer superficies inimitables por medio de cualquier otro método. Por consiguiente, el presente método es particularmente bien conveniente para hacer tarjetas de crédito, tarjetas de débito, papel moneda, tarjetas de identificación, cerrojos de llave, sellos de seguridad y otras superficies de identificación. Filtración Se pueden producir poros de dimensión predeterminada, propiedades de forma y químicas, introduciendo bombas moleculares o canales iónicos en monocapas, o eliminando algunas partículas específicas. Por consiguiente, los fluidos pueden fluir rápidamente a través de las monocapas debido a la longitud corta del poro. Con el presente método, los poros son igual y se optimizan, debido a que se ensamble se muy bien controlado. Además, el presente método, que explota las propiedades de auto ensamble de las partículas, controla su disposición en la escala de nanómetro, lo cual garantiza Ta optimización de su distribución homogénea y uniforme. Dependiendo de la elección del diseño y diámetro del poro, iones, pequeñas moléculas, proteínas, virus, células, polvos, y otras partículas suspendidas en el aire, agua y otros fluidos, se pueden retener o pasar selectivamente. Debido a la versatilidad de los canales, los poros u otras aberturas predeterminadas a través de la monocapa, se pueden utilizar para macro filtración, osmosis y diálisis. Se necesita una gota de presión muy pequeña para fluir rápido debido a la delgadez de la monocapa. Salud, comida y medio ambiente El presente método está particularmente bien adaptado para manipular materiales suaves debido a su tiempo muy corto de transitar en la interfase durante la manufactura de la monocapa. Por consiguiente, utilizando componentes encontrados en sistemas vivos, sus funciones biológicas se pueden utilizar para detectar específicamente moléculas tipo proteínas, o sistemas vivos completos como virus, tumores, o bacterias. En combinación con el área grande para proporción de volumen de las monocapas, se puede lograr un biosensor altamente sensible. El presente método es muy conveniente para cristalización 2D de proteínas. Este podría ser un proceso para la purificación y caracterización de proteínas. Similar al método Langmuir, el presente método se puede utilizar para hacer modelos biomiméticos para estudiar sistemas vivos. Es un mejor método debido a que se más rápido y puede ser mucho menos agresivo para material biológico. No es necesario utilizar solventes volátiles. La eficiencia de los filtros monocapa podría ser costos bajos de energía para eliminación eficiente de agente contaminantes.

Claims

REIVI NDICACIONES 1 . Un aparato para hacer monocapas de partículas, que comprende una superficie que forma una capa , un sistema de suministro de fluido para suministrar una capa de fluido que se mueve sobre dicha superficie que forma una capa, un sistema de suministro de partícula para depositar partículas sobre dicha capa cuando el fluido está fluyendo a lo largo de la superficie que forma una capa, dicha capa de fluido transporta las partículas hacia abajo a un dique, dicho dique origina que las partículas de entrada se ensamblen lado a lado para formar gradualmente una sola capa de partículas, y un mecanismo de transferencia de monocapa estacionario colocado más debajo de dicho dique y que recibe continuamente la sola capa de partículas cuando la capa se está formando. 2. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho sistema de suministro de fluido se localiza en una elevación más alta que dicho dique, para permitir que dicho fluido de movimiento fluya por medio de la gravedad sobre dicha superficie que forma una capa. 3. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicha superficie que forma una capa incluye una superficie inclinada, dicho sistema de suministro de fluido y dicho sistema de suministro de partícula se localizan para originar que dicho fluido y dichas partículas se mueva hacia abajo de dicha superficie inclinada hacia dicho dique. 4. Un aparato según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha superficie inclinada forma parte de una rampa que se puede desplazar entre posiciones inclinadas fijas. 5. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicha superficie que forma una capa incluye una superficie sustancialmente plana, la cual queda estacionaria mientras las partículas se conducen hacia abajo a través del fluido en movimiento que fluye sobre la superficie sustancialmente plana. 6. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicha superficie que forma una capa se fija en un ángulo predeterminado de inclinación. 7. Un aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha superficie sustancialmente plana es una superficie hidrofílica. 8. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho sistema de suministro de fluido incluye un Inyector poroso que se extiende transversalmente de la superficie que forma una capa. 9. Un aparato según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho inyector poroso se suministra en la forma de un cilindro que define un paso central para recibir el fluido en movimiento, dicho paso central se circunscribe a través de una pared porosa a través de la cual el fluido en movimiento se inyecta para fluir. 10. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho sistema de suministro de fluido incluye al menos un depósito presurizado para almacenar dicho fluido, la presión interna del depósito se mantiene en un valor fijo, de acuerdo a una proporción deseada de flujo de dicho fluido en movimiento sobre dicha superficie que forma una capa. 1 1 . Un aparato según la reivindicación 10, caracterizado porque sistema de suministro de fluido además incluye una unidad mezcladora de fluido portador para mezclar el fluido recibido de dicho al menos un depósito presurizado con un aditivo recibido de un depósito de adaptación fina para suministrar una mezcla, la mezcla se dirige a un depósito de distribución presurizado antes de ser distribuida sobre dicha superficie que forma una capa. 12. Un aparato según la reivindicación 1 1 , caracterizado porque dicha unidad mezcladora de fluido portador se puede conectar selectivamente a un segundo depósito presurizado para permitir que los aparatos sean operados en un modo continuo incluso cuando el primer depósito presurizado se tiene que llenar. 13. Un aparato según la reivindicación 1 1 , caracterizado porque dicho sistema de suministro de fluido además incluye un inyector poroso que tiene una pared que define un paso central en comunicación de flujo fluida con dicho depósito de distribución, y un restrictor de flujo hacia debajo de dicho inyector poroso para inducir un flujo de fluido de dicho paso central a través de dicha pared. 14. Un aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho sistema de suministro de partícula comprende un inyector poroso adaptado para recibir un flujo de líquido en el cual las partículas están en suspensión, el inyector poroso se posiciona para distribuir las partículas en la superficie del flujo en movimiento que fluye bajo dicho inyector poroso sobre dicha superficie que forma una capa. 15. Un aparato según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho sistema de suministro de partícula comprende un depósito de suspensión y un depósito de adaptación fina, arreglado para ser colocado selectivamente en comunicación de flujo fluida con una unidad mezcladora de suspensión, la cual a su vez está conectada en comunicación de flujo fluida con un depósito de distribución, el depósito de adaptación fina contiene un aditivo a ser añadido al líquido de suspensión, y una unidad de presurización para mantener dicho depósito de suspensión, dicho depósito de adaptación fina y dicho depósito de distribución, en una presión deseada. 16. Un aparato según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho sistema de suministro de partícula comprende un restrictor de flujo para originar que una mayor parte del líquido y partículas se dirijan dentro del inyector poroso para fluir exteriormente a través de una pared del mismo dicho inyector poroso, y una unidad de reciclaje para recibir la parte del fluido, la cual ha pasado a través del restrictor de flujo. 17. Un aparato según la reivindicación 16, caracterizado porque dicha unidad de reciclaje está selectivamente conectada a uno de un par de depósitos, los cuales se pueden conectar de manera selectiva en comunicación de flujo fluida con el depósito de distribución. 18. Un aparato según la reivindicación 1 , además comprende un sistema de monitoreo para obtener una retroalimentación en línea del crecimiento de la monocapa en el fluido en movimiento, el sistema de monitoreo se adapta para detectar la posición de una onda en la superficie del fluido en movimiento más arriba de un borde de salida de la monocapa que se está formando. 19. Un aparato según la reivindicación 18 caracterizado porque dicho sistema de monitoreo se adapta para dirigir un rayo de luz sobre el fluido en movimiento y recibir un segundo rayo de luz reflejado por la onda. 20. Un método para hacer monocapas de partículas, que comprende los pasos de: depositar partículas sobre un fluido portador que fluye a lo largo de una superficie, de tal manera que dichas partículas se transportan por dicho fluido portador a una zona de formación, y conteniendo las partículas transportadas por el fluido portador en dicha zona de formación para originar que las partículas se apilen gradualmente una contra la otra en una configuración de capa delgada, y suministrar un mecanismo de transferencia más debajo de dicha zona de formación para retirar la capa cuando la misma se está formando. 21 . Un método según la reivindicación 20, caracterizado porque dicho fluido portador fluye a través de gravedad a lo largo de dicha superficie. 22. Un método según la reivindicación 21 , además comprende el paso de: ajustar una velocidad de flujo del fluido portador, ajusfando un ángulo de inclinación de dicha superficie. 23. Un método según la reivindicación 20, que comprende los pasos de originar que el fluido portador fluya a través de un inyector poroso para suministrar una capa delgada de fluido en movimiento sobre dicha superficie. 24. Un método según la reivindicación 20, caracterizado porque el paso de depositar las partículas en la superficie del fluido portador comprende los pasos de: colocar las partículas en suspensión en un líquido para suministrar un líquido de suspensión, y originar que dicho líquido de suspensión fluya a través de un inyector poroso sobre el fluido portador que fluye sobre dicho inyector poroso. 25. Un método según la reivindicación 20, además comprende los pasos de monitorear la formación de una monocapa sobre la parte superior del fluido portador para detectar la posición de una onda en la superficie del fluido portador. 26. Un método según la reivindicación 25, caracterizado porque la posición de la onda se detecta dirigiendo un rayo de luz sobre el fluido portador y midiendo el ángulo de reflexión.