Nowa technika hodowli nanodrutów metalowych może odmienić produkcję elektroniki.
Dzięki znacznemu zwiększeniu gęstości nanodrutów aluminiowych metoda ta pozwala zachować wysoką czystość i może być stosowana do innych metali, usprawniając produkcję zaawansowanych komponentów elektronicznych.
Przełom w technologii nanoprzewodów
Grupa badawcza z Uniwersytet w Nagoi w Japonii opracowali nową technikę hodowli maleńkich nanodrutów metalowych (NW), które mają znaleźć zastosowanie w elektronice nowej generacji. Ich wyniki sugerują sposób na masową produkcję czystych metali NW, co dotychczas ograniczało ich zastosowanie. Nowa technika może zwiększyć wydajność produkcji elektroniki, w tym obwodów elektrycznych, diod LED i ogniw słonecznych. Badanie opublikowano niedawno w czasopiśmie Nauka.
Masowa produkcja NW stanowi wyzwanie ze względu na trudności związane ze skalowaniem produkcji przy jednoczesnym zachowaniu jakości i czystości. NW są tak małe, że powstają w wyniku transportu atomów, najmniejszego składnika materii, zwykle w stanie gazowym. Jest to jednak trudne w przypadku metali, co utrudnia produkcję tych ważnych elementów elektroniki.
Innowacyjna Technika Wzrostu
Aby przezwyciężyć ten problem, grupa kierowana przez Yasuhiro Kimurę z Wyższej Szkoły Inżynierskiej Uniwersytetu w Nagoya wykorzystała dyfuzję atomową w stanie fazy stałej wzmocnioną napromieniowaniem wiązką jonów w celu wytworzenia NW aluminium z monokryształów.
Dyfuzja atomowa to proces, w wyniku którego atomy lub cząsteczki przemieszczają się z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu w wyniku zmiany stanu naprężenia pod wpływem ciepła. Za pomocą wiązek jonowych ziarna kryształów napromieniowano wewnątrz cienkiej folii aluminiowej w celu zgrubienia ich w warstwie powierzchniowej. Spowodowało to zmiany w rozkładzie naprężeń, kierując przepływem atomów i zostało wykorzystane jako sposób dostarczania masowych surowców atomowych do wzrostu NW do określonych lokalizacji. W praktyce, gdy zastosowano ciepło, atomy przepływały w górę poprzez gradient od drobnych ziaren na dole do grubych na górze, co skutkowało wzrostem masy NW.
Przełom w gęstości nanodrutów
„Zwiększyliśmy gęstość aluminium NW z 2×105 NW na cm kwadratowy do 180×105 na cm kwadratowy” – powiedział Kimura. „To osiągnięcie toruje drogę oddolnym metodom hodowli metali NW, które dotychczas były uprawiane jedynie przypadkowo i w małych ilościach. Zasadniczo można go rozszerzyć na inne metale.”
Potencjalne zastosowania i perspektywy na przyszłość
Oczekuje się, że powstałe NW aluminium będzie można wykorzystać jako nanokomponenty w urządzeniach czujnikowych i optoelektronice ze względu na ich unikalne cechy, takie jak duża powierzchnia, dobre właściwości mechaniczne wynikające z wytwarzania z monokryształów oraz ich odporność na naturalne utlenianie.
„Udało nam się osiągnąć masowy wzrost leśnych metalicznych NW, stosując tylko trzy kluczowe procesy: osadzanie cienkiej warstwy na podłożu, napromienianie wiązką jonów i ogrzewanie” – wyjaśnił Kimura. „Nasza technika rozwiązuje pilną potrzebę opracowania metod produkcji masowej, szczególnie w przypadku produkcji nanourządzeń o wysokiej wydajności, takich jak czujniki gazu, biomarkery i komponenty optoelektroniczne”.
Odniesienie: „Wzrost lasów metalowych nanodrutów kontrolowany przez pola naprężeń wywołane przez gradienty ziaren”, Yasuhiro Kimura, Yi Cui, Takamasa Suzuki, Yuki Tanaka, Takaaki Tanaka, Yuhki Toku i Yang Ju, 8 sierpnia 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adn9181
