Onderzoekers van het MIT hebben een manier gevonden om de vormen van submicroscopische draden die uit een oplossing zijn afgezet nauwkeurig te controleren - met behulp van een methode die het mogelijk maakt om volledige elektronische apparaten te produceren via een op vloeistof gebaseerd proces.

Het team demonstreerde de techniek door een functionele light-emitting diode (LED) array te produceren van zinkoxide nanodraden in een enkele beker. in plaats van de verschillende afzonderlijke stappen en apparaten die nodig zijn voor conventionele productie. Ze waren in staat om dit te doen onder relatief goedaardige omstandigheden, met gematigde temperaturen en geen vacuüm nodig.

In tegenstelling tot grotere constructies, met nanomaterialen — die met afmetingen gemeten in nanometers, of miljardsten van een meter - verschillen in vorm kunnen leiden tot dramatische verschillen in gedrag. “Voor nanostructuren, er is een koppeling tussen de geometrie en de elektrische en optische eigenschappen, " legt Brian Chow uit, een postdoc aan het MIT en co-auteur van een paper waarin de resultaten worden beschreven die op 10 juli in het tijdschrift zijn gepubliceerd Natuurmaterialen . “De geometrie kunnen afstemmen is heel krachtig, ' zegt hij. Het systeem dat Chow en zijn collega's hebben ontwikkeld, kan de beeldverhouding (de verhouding tussen lengte en breedte) van de nanodraden nauwkeurig regelen om alles te produceren, van platte platen tot lange dunne draden.

Er zijn andere manieren om dergelijke nanodraden te maken, zegt Chow. "Mensen hebben goed werk verricht door de morfologie van draden op andere manieren te beheersen - met behulp van hoge temperaturen, hoge druk, of subtractieve verwerking. Maar om dit onder deze goedaardige omstandigheden te kunnen doen, is aantrekkelijk, ” omdat het het mogelijk maakt om dergelijke apparaten te integreren met relatief kwetsbare materialen zoals polymeren en kunststoffen, hij zegt.

Controle over de vormen van de draden was tot nu toe in wezen een proces van vallen en opstaan. “We probeerden erachter te komen wat de controlerende factor is, ” legt Jaebum Joo PhD ’10 uit, wie de hoofdauteur van het artikel was.

De sleutel blijkt de elektrostatische eigenschappen van het zinkoxidemateriaal te zijn als het uit een oplossing groeit, ze vonden. verschillende verbindingen, wanneer toegevoegd aan de oplossing, hechten zich elektrostatisch alleen aan bepaalde delen van de draad - alleen aan de zijkanten, of gewoon tot aan de uiteinden - waardoor de groei van de draad in die richtingen wordt belemmerd. De mate van remming hangt af van de specifieke eigenschappen van de toegevoegde verbindingen.

Hoewel dit werk werd gedaan met nanodraden van zinkoxide - een veelbelovend materiaal dat op grote schaal wordt bestudeerd door onderzoekers - geloven de MIT-wetenschappers dat de methode die ze hebben ontwikkeld voor het regelen van de vorm van de draden "kan worden uitgebreid tot verschillende materiaalsystemen, "Jo zegt, misschien inclusief titaniumdioxide dat wordt onderzocht voor apparaten zoals zonnecellen. Omdat de goedaardige montageomstandigheden het mogelijk maken om het materiaal op plastic oppervlakken af ​​te zetten, hij zegt, het zou de ontwikkeling van flexibele displaypanelen mogelijk kunnen maken, bijvoorbeeld.

Maar er zijn ook veel potentiële toepassingen met het zinkoxidemateriaal zelf, inclusief de productie van batterijen, sensoren, en optische apparaten. En de verwerkingsmethode heeft "het potentieel voor grootschalige productie, ’ zegt Joep.

Het team hoopt de methode ook te kunnen gebruiken om 'ruimtelijk complexe apparaten van onderaf, uit biocompatibele polymeren.” Deze zouden kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, om kleine apparaten te maken die in de hersenen kunnen worden geïmplanteerd om zowel detectie als stimulatie te bieden.

Naast Joo en Chow, het onderzoek is uitgevoerd door gastwetenschapper Manu Prakesh, samen met Media Lab universitair hoofddocenten Edward Boyden en Joseph Jacobson. Het werd gefinancierd door het MIT Center for Bits and Atoms; het MIT Media Lab; de Korea Foundation for Advanced Studies; Samsung-elektronica; de Harvard Society of Fellows; de Wallace H. Coulter Early Career Award; de NARSAD Young Investigator Award; de Nationale Wetenschapsstichting; en de New Innovator Award van de NIH Director.