De uitzonderlijke eigenschappen van kleine moleculaire cilinders, bekend als koolstofnanobuisjes, hebben onderzoekers jarenlang geprikkeld vanwege de mogelijkheid dat ze zouden kunnen dienen als opvolgers van silicium bij het leggen van de logica voor kleinere, snellere en goedkopere elektronische apparaten.

Ten eerste zijn ze klein - op atomaire schaal en misschien in de buurt van de fysieke limiet van hoe klein je een enkele elektronische schakelaar kunt verkleinen. Zoals silicium, ze kunnen halfgeleidend van aard zijn, een feit dat essentieel is voor printplaten, en ze kunnen snel en goed controleerbaar elektrisch worden geschakeld.

Maar een grote belemmering voor het bouwen van bruikbare elektronica met koolstofnanobuisjes is altijd het feit geweest dat wanneer ze in films zijn gerangschikt, een bepaald deel van hen zal zich meer gedragen als metalen dan als halfgeleiders - een meedogenloze fout die de film vervuilt, sluit het circuit kort en gooit een moersleutel in de versnellingen van elk mogelijk elektronisch apparaat.

In feite, volgens de University of Illinois-Urbana Champaign-professor John Rogers, de zuiverheid moet hoger zijn dan 99,999 procent, dus zelfs één slechte tube op 100, 000 is genoeg om een ​​elektronisch apparaat te doden. "Als je een lagere zuiverheid hebt, " hij zei, "die klasse van materialen zal niet werken voor halfgeleidende circuits."

Nu hebben Rogers en een team van onderzoekers laten zien hoe de metalen koolstofnanobuisjes uit arrays kunnen worden verwijderd met behulp van een relatief eenvoudige, schaalbare procedure die geen dure apparatuur vereist. Hun werk wordt deze week beschreven in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

De weg naar zuivering

Hoewel het de afgelopen 10-15 jaar een hardnekkig probleem is geweest, de uitdaging om uniform te maken, uitgelijnde arrays van koolstofnanobuisjes vol met goede dichtheden op dunne films is de afgelopen jaren grotendeels opgelost door verschillende groepen wetenschappers, zei Rogers.

Dat liet alleen het tweede probleem, dat was om een ​​manier te vinden om het materiaal te zuiveren om ervoor te zorgen dat geen van de buizen een metaalachtig karakter had - een netelig probleem dat onopgelost was gebleven. Er waren enkele zuiveringsmethoden die gemakkelijk uit te voeren waren, maar ver achterbleven bij het zuiveringsniveau dat nodig is om bruikbare elektronische componenten te maken. Zeer recente benaderingen bieden het juiste niveau van zuivering, maar zijn afhankelijk van dure apparatuur, waardoor het proces buiten het bereik van de meeste onderzoekers komt.

Zoals het team deze week meldt, ze waren in staat om een ​​dunne laag organisch materiaal direct op een plaat nanobuisjes te deponeren die in contact stonden met een plaat metaal. Vervolgens legden ze stroom over het vel, waardoor de stroom door de nanobuisjes kon vloeien die metalen geleiders waren, maar niet door het grootste deel van de buizen, die halfgeleidend waren.

De stroom verwarmde de metalen nanobuisjes een klein beetje - net genoeg om een ​​"thermische capillaire stroom" te creëren die een greppel opende in de organische toplaag erboven. Onbeschermd, de metalen buizen kunnen dan worden weggeëtst met een standaard tafelinstrument, en dan kon de organische topcoat worden weggewassen. Dit liet een elektronische wafer gecoat met halfgeleidende nanobuisjes vrij van metallische verontreinigingen, zei Rogers. Ze testten het door arrays van transistors te bouwen, hij zei.

"Je krijgt een apparaat dat kan in- en uitschakelen zoals verwacht, gebaseerd op puur halfgeleidend karakter, ' zei Rogers.