Aangezien elektronische apparaten blijven krimpen om te voldoen aan de vraag naar draagbare technologie in zakformaat, wetenschappers werken aan de ontwikkeling van de kleinste componenten waardoor ze werken en een team van de Universiteit van Nottingham heeft een nieuwe benadering ontwikkeld voor de voorbereiding van een coaxkabel van ongeveer 50, 000 keer smaller dan de breedte van een mensenhaar.

Dit minuscule draadje - bestaande uit een koolstofnanobuisje dat zich in een boornitride-nanobuisje bevindt - kan op preparatieve schaal worden geproduceerd en kan een belangrijke stap zijn naar de miniaturisering van elektronische apparaten.

Het multinationale team van experts uit het VK en Hongarije, werd gezamenlijk geleid door Andrei Khlobystov, een professor in nanomaterialen en directeur van het Nanoscale and Microscale Research Center (nmRC) van de Universiteit van Nottingham, en Graham Rance, een Research Fellow in Nanomaterials Characterization bij de nmRC, die beschikken over complementaire expertise in de synthese en karakterisering van koolstofnanomaterialen. De studie getiteld 'Growth of carbon nanotubes inside boron nitride nanotubes by coalescence of fullerenes:into the world's kleinste coaxial cable' is gepubliceerd in Kleine methoden , een nieuw tijdschrift gericht op de allernieuwste ontwikkelingen in experimentele benaderingen voor de productie van materialen op nano- en microschaal.

Coaxkabels - essentieel voor het veilige transport van elektrische stroom die moderne apparaten van stroom voorzien - bestaan ​​meestal uit een binnengeleider (meestal koper) omgeven door een isolerende plastic mantel. Echter, naarmate de vraag van de consument naar kleinere elektronische apparaten toeneemt, de grens waartoe deze huidige materialen kunnen worden gebruikt, wordt snel bereikt. Koper, bijvoorbeeld, het is bekend dat het zijn hoge geleidbaarheid verliest wanneer het wordt verkleind tot zeer kleine afmetingen en daarom worden nieuwe materialen steeds belangrijker.

miniatuur draden

Koolstof nanobuisjes zijn sterk, lichtgewicht en, het belangrijkste, sterk elektrisch geleidende miniatuurdraden, typisch 1-5 nanometer in diameter, maar tot centimeters lang, en zijn ideaal voor de kern van een geïsoleerde kabel op nanoschaal. boornitride nanobuisjes, hoewel structureel vergelijkbaar met koolstofnanobuizen, ter vergelijking elektrisch isolerend, perfect voor het omringen van de geleidende kern. De uitdaging was om deze twee materialen op nanoschaal in elkaar te schikken in de vereiste coaxiale geometrie. Dit onderzoek heeft aangetoond dat door het plaatsen van kleine, voetbalvormig, koolstofrijke moleculen (C60-fullerenen) in boornitride-nanobuizen en verhitting van de resulterende materialen tot zeer hoge temperaturen (boven 1000 oC), de fullerenen veranderen spontaan in koolstofnanobuisjes, wat leidt tot de vorming van een elektrisch geleidende koolstofnanobuis in een elektrisch isolerende boornitride-nanobuis - 's werelds kleinste coaxkabel.

Professor Khlobystov zei:"Momenteel zijn de meeste moderne technologieën sterk afhankelijk van het gebruik van metalen, waarvan sommige steeds zeldzamer en duurder worden. Daarom, er moet worden gewerkt aan het vervangen van metalen door meer overvloedige en duurzame elementen, zoals koolstof en andere lichte elementen. Onze studie toont het principe aan van hoe kabels op nanoschaal met geleidende kernen en isolerende schalen kunnen worden vervaardigd uit eenvoudige ingrediënten. De volgende uitdaging is om hun elektrische en mechanische eigenschappen te testen om de reikwijdte van deze materialen voor technologische toepassingen te bepalen."

Brede toepassingen

Dr. Rance zei:"Onze benadering voor de voorbereiding van een geminiaturiseerde coaxiale kabel onderzoekt verder het vermogen van holle buisjes op nanoschaal om de vorming van nieuwe en interessante nanostructuren in de binnenholte te beheersen, sommige die niet op een andere manier kunnen worden bereid. Op een fundamenteel niveau, dit onderzoek helpt ons het gedrag van moleculen te begrijpen wanneer ze zich in zeer kleine ruimtes bevinden; echter, op een meer praktisch niveau, we verwachten dat deze strategie zal leiden tot de productie van nieuwe materialen, met potentieel brede toepassingen, van elektronica op nanoschaal, tot katalytische materialen en in detectieapparatuur."

Het onderzoek is uitgevoerd door experts in synthetische en analytische chemie, materiaalwetenschap en elektronenmicroscopie en bouwt het concept van koolstof nano reageerbuisjes ontwikkeld door Prof. Khlobystov ('s werelds kleinste reageerbuisjes, Guinness Book of World Records 2005), waarbij de nanobuis tegelijkertijd fungeert als een container voor moleculen en een reactievat voor chemische transformaties. Zijn baanbrekende werk aan koolstofnanocontainers en nanoreactoren blijft leiden tot nieuwe manieren om moleculaire assemblage te sturen en chemische reacties te bestuderen.

Professor Katalin Kamaras, Onderzoekshoogleraar en expert in vibrationele spectroscopie werkte mee aan het onderzoek, met haar team aan het Wigner Research Center for Physics van de Hongaarse Academie van Wetenschappen in Boedapest. Professor Kamaras zei:"Mijn onderzoeksgroep werkt al heel lang aan de spectroscopie van koolstofnanostructuren. Spectroscopie levert kennis op over de interne dynamiek van de ingekapselde moleculen en kan hun transformaties volgen op basis van hun fysieke eigenschappen. Door onze samenwerking met Prof. Khlobystov werd het mogelijk om de structuren te "zien" waarover we slechts indirecte informatie hadden. Dit gezamenlijke onderzoek heeft het potentieel om nieuwe mogelijkheden te openen in zowel de fundamentele als de toegepaste materiaalwetenschap."

Het Britse onderzoek werd uitgevoerd in het ultramoderne Nanoscale and Microscale Research Centre (nmRC). De visie van het centrum is om een ​​toonaangevende faciliteit te worden voor de karakterisering en analyse van moleculaire materialen op nano- en microschaal. Met een unieke suite van 20 belangrijke instrumenten wordt het centrum bemand door experts met medische, wetenschappelijke en technische achtergrond. Ze werken momenteel aan een breed scala aan onderzoek, van kankercellen en 3D-geprinte medische implantaten tot halfgeleiders en zonnecellen.