一种种植金属纳米线的新技术有望改变电子制造业。
通过显著提高铝纳米线的密度,该方法保持了高纯度,并可应用于其他金属,提高了先进电子元件的生产。
纳米线技术突破
日本名古屋大学的一个研究小组创造了一种生长微小金属纳米线(NWs)的新技术,预计将用于下一代电子产品。他们的研究结果表明了一种大规模生产纯金属NW的方法,到目前为止,这限制了它们的使用。这项新技术有望提高电子产品生产的效率,包括电路、LED和太阳能电池。这项研究最近发表在《科学》杂志上。
大规模生产NWs一直具有挑战性,因为很难在保持质量和纯度的同时进行规模化生产。NWs是如此之小,以至于它们是由传输原子(物质的最小组成部分,通常处于气相状态)形成的。然而,这在金属上很难做到,阻碍了这些重要电子元件的生产。
创新生长技术
为了克服这个问题,名古屋大学工程研究生院的Yasuhiro Kimura领导的一个小组利用离子束辐照增强的固相原子扩散,从单晶中制造出铝NWs。
原子扩散是指原子或分子在受热作用下,通过应力状态的变化,从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。利用离子束,在薄铝膜内部照射晶粒,使其在表层变粗。这引起了应力分布的变化,引导原子流动,并被用作向特定位置提供大量原子原料的方法。在实际应用中,当加热时,原子通过梯度从底部的细晶粒向上流动到顶部的粗晶粒,导致NWs的质量增长。
纳米线密度的突破
Yasuhiro Kimura说:“我们将铝纳米粒子的密度从每平方厘米2×10^5纳米粒子增加到每平方厘米180×10^5。这一成就为自下而上的金属NW生长方法铺平了道路,到目前为止,这种方法只是偶然地少量生长。原则上也可以扩展到其他金属。”
潜在的应用和未来展望
由于其独特的特性,如大的表面积,由单晶制成的良好机械性能,以及它们的抗自然氧化性,所得到的铝NWs有望被用作传感器件和光电子器件的纳米元件。
Yasuhiro Kimura解释说:“我们实现了森林状金属NWs的大规模生长,只使用了三个关键过程:衬底上的薄膜沉积、离子束照射和加热。我们的技术解决了建立大规模生产方法的迫切需求,特别是在生产高性能纳米器件(如气体传感器、生物标志物和光电子元件)方面。”
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