(PhysOrg.com) -- Nanodraden kunnen op veel manieren worden gekweekt, maar een van de minder begrepen groeiprocessen is damp-vloeistof-vaste stof (VLS) groei. In VLS, een damp adsorbeert op een vloeistofdruppel, en de druppel transporteert de damp en zet het af als een kristal op een vloeistof-vast grensvlak. Naarmate het proces zich herhaalt, een nanodraad wordt kristal voor kristal gebouwd. Een voordeel van het VLS-proces is dat het wetenschappers in staat stelt de groei van de nanodraad in termen van grootte, vorm, oriëntatie, en compositie, hoewel dit inzicht vereist in de groeimechanismen op atomaire schaal. In een nieuwe studie, wetenschappers hebben de stappen onderzocht die betrokken zijn bij VLS-groei, en hebben een nieuw oscillerend gedrag waargenomen dat zou kunnen leiden tot een beter gecontroleerde groei van nanodraad.

De onderzoekers, Zong Ho Oh van de Pohang University of Science and Technology in Pohang, Korea, en co-auteurs uit de VS, Israël, en Duitsland hebben hun studie over het VLS-proces gepubliceerd in een recent nummer van Wetenschap . Met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop met hoge resolutie, de onderzoekers merkten op dat de VLS-groei van saffier-nanodraden laag voor laag plaatsvindt als gevolg van oscillerende reacties die de zuurstof leveren die nodig is voor nieuwe lagen.

"Het meest interessante en nieuwe resultaat van onze studie is dat we een van de meest raadselachtige groeimechanismen van nanodraad op atomaire schaal in realtime hebben waargenomen, die meestal optreedt door een driefasen-interactie bij hoge temperaturen, Oh vertelde PhysOrg.com. "Kijkend naar het groeiproces op atomaire schaal bleek dat de kinetische route voor VLS-groei gecompliceerder is dan we zouden denken en zelfs moeilijk voor te stellen vanuit mogelijke combinaties zonder observatie."

In hun demonstratie de onderzoekers vormden vloeibare aluminiumdruppels door een aluminiumoxidekristal te verhitten en te bestralen met een gefocusseerde elektronenstraal. Omdat het vloeibare aluminium onstabiel is, het stimuleert de groei van VLS terwijl het interageert met de omringende zuurstof en verandert in stabiele aluminiumoxidekristallen om de nanodraad te bouwen.

Een van de meest interessante observaties die de wetenschappers hebben gedaan, is dat het grensvlak tussen vloeistof en vaste stof waarop de nanodraad zich vormt niet helemaal recht is. In plaats daarvan, deze interface verandert door de vorming van facetten, waarin een hoek van de interface wordt "weggesneden" terwijl de nanodraad groeit. Deze facetten oscilleren in grootte van enkele nanometers tot een punt als ze meer zuurstof ontvangen. Beurtelings, de oscillerende facetten leveren zuurstof voor nieuwbouw van de nanodraad, groei bevorderen.

Deze waarnemingen verklaren waarom de groei van VLS-nanodraad niet continu is; de oscillerende facetten zorgen voor de zuurstof die nodig is voor de groei van nanodraad, terwijl de grootte van de facetten zelf wordt beïnvloed door nabijgelegen zuurstof. Het nieuwe begrip van dit proces zou onderzoekers in staat kunnen stellen de groei van nanodraden die zijn samengesteld uit functionele materialen zoals halfgeleiders, oxiden, en nitriden.

"Dit kan belangrijke implicaties hebben voor de telers van nanodraden om hen te helpen de ongewenste oscillerende morfologieën van nanodraden te begrijpen en te vermijden, die verschijnen als facetten van de zijwanden, diametermodulatie en de doorbuiging in groeirichting, 'O, uitgelegd. “Als dit resultaat opkomt voor de natuurkundigen die het groeiproces willen berekenen en/of simuleren op basis van thermodynamica, het zal hen doen nadenken over het effect van oppervlaktespanning, vloeistofordening en kristalanisotropie op de VLS-groei, waar nog niet eerder serieus over is nagedacht.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.