Nhiều kim loại và hợp kim có thể được sử dụng cho các ứng dụng nano cụ thể - từ năng lượng mặt trời đến vi điện tử - nhưng việc đúc chính xác các kim loại thành các hình dạng rất nhỏ như vậy vẫn còn là thách thức. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình cho phép các nhà sản xuất về cơ bản định hình bất kỳ kim loại và hợp kim nào và sao chép ngay cả những chi tiết nhỏ nhất. Các phòng thí nghiệm của Jan Schroers, giáo sư khoa học cơ khí & vật liệu tại Yale, và giáo sư Ze Liu của Đại học Vũ Hán ở Trung Quốc đã phát triển một phương pháp mà họ gọi là nanomold cơ nhiệt cho phép họ đúc các kim loại tinh thể thành những hình dạng có đường kính nhỏ đến vài nanomet. Sự đột phá này theo các nhà nghiên cứu có thể dẫn đến các công nghệ mới trong các lĩnh vực như cảm biến, pin, xúc tác, vật liệu sinh học và vật liệu lượng tử.

Các nanorod bạc được chế tạo bằng khuôn nhiệt cơ, có kích thước từ (trái sang phải) 0,57 mm, 10 micromet, 375 nanomet và 36 nanomet.

Ngày nay, công nghệ sản xuất nano dựa trên một vài vật liệu có thể được chế tạo rất đặc biệt cho một loại vật liệu cụ thể. Nhưng khám phá này đưa ra một kỹ thuật cho tất cả các kim loại và hợp kim: Nó cho phép chế tạo về cơ bản mọi kim loại và sự kết hợp của nó trong bảng tuần hoàn theo cách có thể dự đoán và chính xác đối với các tính năng có kích thước nano.

Các nhà nghiên cứu cho biết việc đúc các kim loại tinh thể, bao gồm hầu hết các kim loại ở trạng thái rắn, nói chung đã đặt ra một thách thức cho các nhà sản xuất. Làm thế nào một vật liệu có thể đúc được thường phụ thuộc vào khả năng lưu chuyển của nó - đó là cách nó dễ dàng chảy trong các điều kiện nhất định. Khả năng chảy có nhiều trong nhựa nhiệt dẻo, gel và kính, nhưng hầu hết các kim loại đều quá cứng khi ở trạng thái rắn và quá lỏng ở trạng thái lỏng để tạo khuôn bằng các kỹ thuật thông thường ở cấp độ nano.

Nhưng bằng cách áp dụng khuếch tán nguyên tử, trong đó sự thay đổi áp lực vận chuyển các nguyên tử, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng họ không chỉ có thể tạo ra các kim loại tinh thể một cách hiệu quả mà việc giảm kích thước của khuôn thực sự giúp quá trình trở nên dễ dàng hơn. Kết quả là, họ đã có thể tạo ra các tính năng rất dài với đường kính khoảng 10 nanomet - nhỏ hơn 8.000 lần so với tóc người - điều mà trước đây không thể thực hiện được.

Bởi vì cơ chế khuếch tán có mặt trong tất cả các kim loại và hợp kim, quá trình này về mặt lý thuyết có thể được sử dụng trên bảng, các nhà nghiên cứu cho biết. Để kiểm tra phạm vi ứng dụng rộng rãi, các nhà nghiên cứu đã thử đúc vàng, niken, vanadi, sắt và nhiều hợp kim. Trong mỗi trường hợp, họ có thể dễ dàng chế tạo các thanh nano rất nhỏ.