(Phys.org) —Onderzoekers van de Missouri University of Science and Technology hebben ontwikkeld wat zij 'een eenvoudig, eenstapsmethode" om nanodraden van germanium uit een waterige oplossing te laten groeien. Hun proces zou het mogelijk maken om germanium in lithium-ionbatterijen te gebruiken.

De Missouri S&T-onderzoekers beschrijven hun methode in "Electrodeposited Germanium Nanowires, " een paper dat vandaag (donderdag, 28 augustus 2014) op de website van het tijdschrift ACS Nano . Hun eenstapsbenadering zou kunnen leiden tot een eenvoudiger, goedkopere manier om germanium nanodraden te kweken.

Als halfgeleidermateriaal, germanium is superieur aan silicium, zegt dr. Jay A. Switzer, de Donald L. Castleman/Foundation for Chemical Research Professor of Discover bij Missouri S&T. Germanium werd zelfs gebruikt in de eerste transistors. Maar het is duurder om te verwerken voor wijdverbreid gebruik in batterijen, zonnepanelen, transistoren en andere toepassingen, zegt Zwitser, wie is de hoofdonderzoeker van het project.

Switzer en zijn team hebben succes gehad met het kweken van andere materialen op nanometerschaal door middel van elektrodepositie - een proces dat Switzer vergelijkt met "het kweken van kandijkristallen aan een touwtje". Bijvoorbeeld, in een 2009 Chemie van materialen papier, Switzer en zijn team meldden dat ze zinkoxide "nanospears" hadden gekweekt - elk honderden keren kleiner dan de breedte van een mensenhaar - op een enkelkristal siliciumwafel die in een beker was geplaatst gevuld met een alkalische oplossing verzadigd met zinkionen.

Maar het kweken van germanium op nanoniveau is niet zo eenvoudig. In feite, elektrodepositie in een waterige oplossing zoals die wordt gebruikt om de zinkoxide nanospears te laten groeien "is thermodynamisch niet haalbaar, " Switzer en zijn team leggen in hun ACS Nano-paper uit, "Elektro-afgezette Germanium-nanodraden."

Dus de Missouri S&T-onderzoekers kozen voor een andere benadering. Ze wijzigden een elektrodepositieproces dat werd gevonden om germanium-nanodraden te produceren met behulp van elektroden van vloeibaar metaal. Dat proces, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Michigan onder leiding van Dr. Stephen Maldonado en bekend als het elektrochemische vloeistof-vloeistof-vastestofproces (ec-LLS), omvat het gebruik van een metallische vloeistof die twee functies vervult:het werkt als een elektrode om de elektrodepositie te veroorzaken en als een oplosmiddel om nanodeeltjes te herkristalliseren.

Switzer en zijn team pasten het ec-LLS-proces toe door indium-tinoxide (ITO) elektrochemisch te reduceren om indium-nanodeeltjes te produceren in een oplossing die germaniumdioxide bevat. of Ge(IV). "Het indium-nanodeeltje in contact met de ITO fungeert als de elektrode voor de reductie van Ge (IV) en lost ook het gereduceerde Ge op in het deeltje, " meldt het Missouri S&T-team in de ACS Nano papier. Het germanium "begint dan uit het nanodeeltje te kristalliseren, waardoor de nanodraad kan groeien."

De Missouri S&T-onderzoekers testten het effect van temperatuur voor elektrodepositie door de germaniumnanodraden bij kamertemperatuur en bij 95 graden Celsius (203 graden Fahrenheit) te laten groeien. Ze vonden geen significant verschil in de kwaliteit van de nanodraden, hoewel de bij kamertemperatuur gekweekte nanodraden kleinere diameters hadden. Switzer is van mening dat de mogelijkheid om de nanodraden bij kamertemperatuur te produceren via dit eenstapsproces zou kunnen leiden tot een goedkopere manier om het materiaal te produceren.

"De hoge geleidbaarheid (van germanium-nanodraden) maakt ze ideaal voor lithium-ionbatterijtoepassingen, ', zegt Zwitser.