(Phys.org) - Je zou die mechanische kracht niet denken - de eenvoudige soort die wordt gebruikt om onhandelbare klanten uit bars te werpen, een paard beslaan of de verhoogde cijfers op creditcards ciseleren - zou nanodeeltjes subtieler kunnen verwerken dan de meest geavanceerde chemie.

Nog, in een recente krant in Natuurcommunicatie , Sandia National Laboratories-onderzoeker Hongyou Fan en collega's lijken daartoe een begin te hebben gemaakt.

Hun nieuw gepatenteerde en originele methode maakt gebruik van eenvoudige druk - een soort hightech reliëf - om fijnere en schonere resultaten te produceren bij het vormen van zilveren nanostructuren dan chemische methoden, die niet alleen onbuigzaam zijn in hun resultaten, maar ook schadelijke bijproducten achterlaten om te verwijderen.

Fan noemt zijn aanpak "een eenvoudige, op stress gebaseerde fabricagemethode" die, wanneer toegepast op nanodeeltjes arrays, vormt nieuwe nanostructuren met afstembare eigenschappen.

"Er is een grote potentiële markt voor deze technologie, " zei hij. "Het kan gemakkelijk en direct worden geïntegreerd in de huidige industriële productielijnen zonder nieuwe dure en gespecialiseerde apparatuur te creëren."

Said Sandia co-auteur Paul Clem, "Dit is een fundamentele methode die een verscheidenheid aan apparaten mogelijk moet maken, inclusief flexibele elektronica zoals antennes, chemische sensoren en spanningsdetectoren." Het zou ook transparante elektroden produceren voor zonnecellen en organische lichtemitterende diodes, zei Clem.

De methode is geïnspireerd op industriële reliëfprocessen waarbij een patroonmasker wordt aangebracht met hoge externe druk om patronen in het substraat te creëren, zei ventilator. "In onze technologie twee diamanten aambeelden werden gebruikt om nanodeeltjes dunne films te sandwichen. Deze externe stress veroorzaakte handmatig overgangen in de film die nieuwe materialen synthetiseerden, " hij zei.

De druk, geleverd door twee diamantplaten die met vier schroeven zijn vastgedraaid in elke gecontroleerde instelling, herdert zilveren nanobolletjes in elk gewenst volume. Nabijheid creëert omstandigheden die nanostaafjes produceren, nanodraden en nanosheets met gekozen diktes en lengtes in plaats van de one-size-fits-all output van een chemisch proces, zonder milieubelastende resten.

Terwijl experimenten die in het artikel worden vermeld, werden uitgevoerd met zilver - het meest wenselijke metaal omdat het het meest geleidend is, stabiel en optisch interessant en wordt transparant bij bepaalde drukken - het is ook aangetoond dat de methode werkt met goud, platina en andere metalen nanodeeltjes

Clem zei dat de onderzoekers nu beginnen te werken met halfgeleiders.

Bill Hammet, manager van Sandia's Advanced Materials Laboratory, zei, "Hongyou heeft een manier ontdekt om de ene structuur in een andere structuur te bouwen - een mogelijkheid die we nu niet hebben op nanoniveau. Acht of negen gigapascal - de hoeveelheid druk waarbij faseverandering en nieuwe materialen optreden - zijn niet moeilijk te bereiken. Elke industrie die embossingapparatuur heeft, kan een zilverfilm op een stuk papier leggen, een geleidend patroon bouwen, verwijder vervolgens het vreemde materiaal en laat het patroon achter. Een coating van nanodeeltjes die in een andere structuur kan worden ingebouwd, heeft een bepaalde functionaliteit die we nu niet hebben. Het is een ontdekking die niet gecommercialiseerd is, maar het zou vandaag de dag kunnen worden gedaan met dezelfde apparatuur die wordt gebruikt door iedereen die creditcards maakt."

De methode kan worden gebruikt om nieuwe soorten materialen te configureren. Bijvoorbeeld, onder druk, de afmetingen van geordende driedimensionale arrays van nanodeeltjes krimpen. Door een constructie te fabriceren waarin de sandwichwanden permanent voor die druk zorgen, de matrix van nanodeeltjes blijft in een constante toestand, in staat om licht en elektriciteit met specifieke kenmerken door te geven. Deze drukgereguleerde fijnafstemming van deeltjesscheiding maakt gecontroleerd onderzoek mogelijk van afstandsafhankelijke optische en elektrische verschijnselen.

Bij nog hogere drukken, nanodeeltjes worden gedwongen te sinteren, of obligatie, het vormen van nieuwe klassen van chemisch en mechanisch stabiele nanostructuren die niet langer beperkende oppervlakken nodig hebben. Deze kunnen niet worden vervaardigd met de huidige chemische methoden.

Afhankelijk van de grootte, samenstelling en faseoriëntatie van de initiële nanodeeltjesarrays, een verscheidenheid aan nanostructuren of nanocomposieten en onderling verbonden 3D-netwerken zijn haalbaar.

De stress-geïnduceerde syntheseprocessen zijn eenvoudig en schoon. Er is geen thermische verwerking of verdere zuivering nodig om bijproducten van de reactie te verwijderen.