Een team van ingenieurs van de Universiteit van Pennsylvania heeft eenvoudige nanodraden omgezet in herconfigureerbare materialen en circuits, een roman demonstreren, zelf-assemblerende methode voor het chemisch creëren van structuren op nanoschaal die niet kunnen groeien of anderszins kunnen worden verkregen.

Het onderzoeksteam, alleen chemische reactanten gebruiken, transformeerde halfgeleidende nanodraden in een verscheidenheid aan bruikbare, materialen op nanoschaal, waaronder metalen strips op nanoschaal met periodieke strepen en halfgeleidende patronen, puur metalen nanodraden, radiale heterostructuren en holle halfgeleidende nanobuizen naast andere morfologieën en composities.

Onderzoekers gebruikten ionenuitwisseling, een van de twee meest voorkomende technieken voor vaste-fasetransformatie van nanostructuren. Ionen (kation/anion) uitwisselingsreacties wisselen positieve of negatieve ionen uit en zijn gebruikt om de chemische samenstelling van anorganische nanokristallen te wijzigen, evenals het creëren van halfgeleider superroosterstructuren. Het is het chemische proces, bijvoorbeeld, dat hard water zacht maakt in veel Amerikaanse huishoudens.

Toekomstige toepassingen van nanomaterialen in elektronica, katalyse, fotonica en bionanotechnologie stimuleren de verkenning van synthetische benaderingen om de chemische samenstelling te controleren en te manipuleren, structuur en morfologie van deze materialen. Om hun volledige potentieel te realiseren, het is wenselijk om technieken te ontwikkelen die nanodraden kunnen transformeren in afstembare maar nauwkeurig gecontroleerde morfologieën, vooral in de gasfase, om compatibel te zijn met nanodraadgroeischema's. de vergadering, echter, is een duur en arbeidsintensief proces dat een kosteneffectieve productie van deze materialen verbiedt.

Recent onderzoek in het veld heeft de transformatie van nanomaterialen mogelijk gemaakt via vaste-fase chemische reacties in niet-evenwicht, of functionele structuren die niet op een andere manier kunnen worden verkregen.

In dit onderzoek, onderzoekers transformeerden monokristallijne cadmiumsulfide-nanodraden in samenstelling-gecontroleerde nanodraden, kern-schil heterostructuren, metaal-halfgeleider superroosters, monokristallijne nanobuizen en metalen nanodraden door gebruik te maken van grootteafhankelijke kationenuitwisselingsreacties samen met temperatuur- en gasfase-reactantafgifteregeling. Deze veelzijdige, synthetisch vermogen om nanodraden te transformeren biedt nieuwe mogelijkheden om grootteafhankelijke fenomenen op nanoschaal te bestuderen en hun chemische/fysische eigenschappen af ​​te stemmen om herconfigureerbare circuits te ontwerpen.

Onderzoekers ontdekten ook dat de snelheid van het kationenuitwisselingsproces werd bepaald door de grootte van de startende nanodraad en dat de procestemperatuur het eindproduct beïnvloedde. het toevoegen van nieuwe informatie aan de omstandigheden die van invloed zijn op reactiesnelheden en assemblage.

"Dit is bijna magisch dat een eencomponent-nanostructuur van halfgeleiders wordt omgezet in een metaal-halfgeleider binair superrooster, een volledig holle maar enkelkristallijne nanobuis en zelfs een puur metallisch materiaal, " zei Ritesh Agarwal, assistent-professor bij de afdeling Materials Science and Engineering van Penn. "Het belangrijkste hier is dat deze transformaties niet kunnen plaatsvinden in bulkmaterialen waar de reactiesnelheden ongelooflijk traag zijn of in zeer kleine nanokristallen waar de snelheden te snel zijn om nauwkeurig te worden gecontroleerd. Deze unieke transformaties vinden plaats op 5-200 nanometer-lengte schalen waar de snelheden heel nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd om zulke intrigerende producten mogelijk te maken. Nu werken we samen met theoretici en ontwerpen we nieuwe experimenten om deze 'magie' op nanoschaal te ontrafelen."

De fundamentele onthulling in deze studie is een verdere verduidelijking van chemische fenomenen op nanoschaal. De studie levert ook nieuwe gegevens op over hoe fabrikanten deze kleine circuits kunnen assembleren, het elektrisch verbinden van nanoschaalstructuren door middel van chemische zelfassemblage.

Het opent ook nieuwe mogelijkheden voor de transformatie van materialen op nanoschaal in de gereedschappen en circuits van de toekomst, bijvoorbeeld, zelfassemblerende elektrische contacten op nanoschaal tot individuele componenten op nanoschaal, kleinere elektronische en fotonische apparaten zoals een reeks elektrisch verbonden kwantumdots voor LED's of transistors, evenals verbeterde opslagcapaciteiten voor batterijen.

Meer informatie: De studie is gepubliceerd in het huidige nummer van het tijdschrift Nano-letters .

Bron:University of Pennsylvania (nieuws:web)