Mobiele telefoons en Apple-horloges kunnen iets langer meegaan door een nieuwe methode om koperen nanodraden te maken.

Een team van wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft een nieuwe methode ontwikkeld om koperen nanodraden te zuiveren met een opbrengst van bijna 100 procent. Deze nanodraden worden vaak gebruikt in nano-elektronische toepassingen.

Het onderzoek, die verschijnt in de online editie van Chemische communicatie en op de omslag van de papieren uitgave, laat zien hoe de methode grote hoeveelheden lange, uniform, hoge zuiverheid koperen nanodraden. Hoogzuivere kopernanodraden voldoen aan de vereisten van nano-elektronische toepassingen en bieden een mogelijkheid voor het zuiveren van synthese op industriële schaal van kopernanodraden, een belangrijke stap voor commercialisering en toepassing.

Metalen nanodraden (NW's) zijn veelbelovend voor commerciële toepassingen zoals flexibele displays, zonnepanelen, katalysatoren en warmtedissipators.

De meest gebruikelijke benadering om nanodraden te maken, levert niet alleen nanodraden op, maar ook andere vormen met een lage aspectverhouding, zoals nanodeeltjes (NP's) en nanostaafjes. Deze ongewenste bijproducten worden bijna altijd geproduceerd als gevolg van problemen bij het beheersen van de niet-onmiddellijke kiemvorming van de zaaddeeltjes en zaadtypes, waardoor de deeltjes in meerdere paden groeien.

"We hebben de puurste vorm van koperen nanodraden gemaakt zonder bijproducten die de vorm en zuiverheid van de nanodraden zouden beïnvloeden, " zei Fang Qian van LLNL, hoofdauteur van het artikel.

Het team toonde aan dat koperen nanodraden, gesynthetiseerd op literschaal, kunnen met een paar eenvoudige stappen worden gezuiverd tot bijna 100 procent opbrengst van hun nanodeeltjes-bijproducten.

Functionele nanomaterialen zijn notoir moeilijk te produceren in grote volumes met een sterk gecontroleerde samenstelling, vormen en maten. Deze moeilijkheid heeft de acceptatie van nanomaterialen in veel productietechnologieën beperkt.

"Dit werk is belangrijk omdat het de productie van grote hoeveelheden koperen nanomaterialen mogelijk maakt met een zeer gemakkelijke en elegante benadering om nanodraden snel en met extreem hoge efficiëntie te scheiden van nanodeeltjes, " zei Eric Duoss, een hoofdonderzoeker van het project. "We stellen ons voor om deze gezuiverde nanomaterialen te gebruiken voor een breed scala aan nieuwe fabricagebenaderingen, inclusief additieve fabricage."

De sleutel tot succes is het gebruik van een hydrofobe oppervlakteactieve stof in een waterige oplossing, samen met een niet-mengbaar water-organisch oplosmiddelsysteem om een ​​hydrofoob onderscheidend grensvlak te creëren, waardoor nanodraden spontaan kunnen oversteken vanwege hun andere kristalstructuur en totale oppervlakte dan die van nanodeeltjes.

"De principes die zijn ontwikkeld op basis van dit specifieke geval van koperen nanodraden, kunnen worden toegepast op een verscheidenheid aan nanodraadtoepassingen, " zei Qian. "Deze zuiveringsmethode zal nieuwe mogelijkheden openen voor het produceren van hoogwaardige nanomaterialen tegen lage kosten en in grote hoeveelheden."

Andere onderzoekers van Livermore zijn onder meer:​​Pui Ching Lan, Tammy Olson, Cheng Zhu en Christopher Spadaccini.

"We ontwikkelen ook schuim met een groot oppervlak en bedrukbare inkten voor additieve productieprocessen, zoals direct-inkt schrijven met behulp van de NW's, " zei Yong Han van LLNL, een corresponderende auteur van het artikel.