Silicium-nanodraden trekken veel aandacht van de elektronica-industrie vanwege de drang naar steeds kleinere elektronische apparaten, van mobiele telefoons tot computers. De werking van deze toekomstige apparaten, en een breed scala aan extra toepassingen, zal afhangen van de mechanische eigenschappen van deze nanodraden. Nieuw onderzoek van de North Carolina State University toont aan dat silicium nanodraden veel veerkrachtiger zijn dan hun grotere tegenhangers, een bevinding die de weg zou kunnen effenen voor kleinere, stevigere nano-elektronica, nanosensoren, light-emitting diodes en andere toepassingen.

Het is geen verrassing dat de mechanische eigenschappen van silicium nanodraden verschillen van "bulk" - of normale grootte - siliciummaterialen, omdat naarmate de diameter van de draden kleiner wordt, er is een toenemende oppervlakte-volumeverhouding. Helaas, experimentele resultaten gerapporteerd in de literatuur over de eigenschappen van silicium nanodraden hebben tegenstrijdige resultaten gerapporteerd. Dus de onderzoekers van de NC State wilden de elastische en breukeigenschappen van het materiaal kwantificeren.

"De reguliere halfgeleiderindustrie is gebouwd op silicium, " zegt dr. Yong Zhu, universitair docent werktuigbouwkunde bij NC State en hoofdonderzoeker van dit project. "Deze draden zijn de bouwstenen voor toekomstige nano-elektronica." Voor deze studie is onderzoekers wilden bepalen hoeveel misbruik deze siliciumnanodraden kunnen hebben. Hoe vervormen ze - wat betekent hoeveel kun je het materiaal uitrekken of kromtrekken voordat het breekt? En hoeveel kracht kunnen ze weerstaan ​​voordat ze breken of barsten? De onderzoekers concentreerden zich op nanodraden gemaakt met behulp van het damp-vloeistof-vaste stof syntheseproces, wat een gebruikelijke manier is om silicium nanodraden te produceren.

Zhu en zijn team hebben de eigenschappen van nanodraad gemeten met behulp van in-situ trekproeven in scanning-elektronenmicroscopie. Een nanomanipulator werd gebruikt als actuator en een microcantilever als belastingssensor. "Onze experimentele methode is direct maar eenvoudig, " zegt Qingquan Qin, een doctoraat student bij NC State en co-auteur van het papier. "Deze methode biedt realtime observatie van nanodraadvervorming en breuk, terwijl tegelijkertijd kwantitatieve spannings- en rekgegevens worden verstrekt. De methode is zeer efficiënt, dus een groot aantal exemplaren kan binnen een redelijke termijn worden getest."

Zoals het blijkt, silicium nanodraden vervormen op een heel andere manier dan bulk silicium. "Bulksilicium is erg bros en heeft een beperkte vervormbaarheid, wat betekent dat het niet veel kan worden uitgerekt of kromgetrokken zonder te breken." zegt Feng Xu, een doctoraat student bij NC State en co-auteur van het papier, "Maar de silicium nanodraden zijn veerkrachtiger, en kan veel grotere vervormingen aan. Andere eigenschappen van silicium nanodraden zijn onder meer het vergroten van de breuksterkte en het verlagen van de elasticiteitsmodulus naarmate de nanodraad kleiner en kleiner wordt."

Het feit dat silicium nanodraden meer vervormbaarheid en sterkte hebben, is een groot probleem. "Deze eigenschappen zijn essentieel voor het ontwerp en de betrouwbaarheid van nieuwe silicium nanodevices, " zegt Zhu. "De inzichten die uit deze studie zijn verkregen, bevorderen niet alleen het fundamentele begrip over grootte-effecten op mechanische eigenschappen van nanostructuren, maar geef ontwerpers ook meer opties bij het ontwerpen van nanodevices, variërend van nanosensoren tot nano-elektronica tot nanogestructureerde zonnecellen."

Meer informatie: De studie, "Mechanische eigenschappen van damp-vloeistof-vaste gesynthetiseerde silicium nanodraden, " was co-auteur van Zhu, Xu, Qin, University of Michigan (UM) onderzoeker Wei Lu en UM Ph.D. student Wayne Fung. De studie is gepubliceerd in het nummer van 11 november van: Nano-letters .

Bron:North Carolina State University (nieuws:web)