Nieuwe methoden om zilveren nanodraden te rangschikken, maken ze duurzamer, toont een studie van KAUST. Deze nanodraden vormen flexibele, transparante geleidende lagen die kunnen worden gebruikt voor verbeterde zonnecellen, spanningssensoren en mobiele telefoons van de volgende generatie.

Het toepassen van nanotechnologie in elektronische apparaten vereist rigoureuze tests van individuele kleine componenten om ervoor te zorgen dat ze bestand zijn tegen gebruik. Zilveren nanodraden zijn veelbelovend als connectoren die kunnen worden gerangschikt in flexibele, bijna transparante mazen voor touchscreens of zonnecellen, maar het is onduidelijk hoe ze zullen reageren op langdurige spanningen door buigen en stroomvoeren.

Het testen van de bulkeigenschappen van een groot monster nanodeeltjes is eenvoudig, maar niet helemaal onthullend. Echter, met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is het mogelijk om individuele nanodeeltjes te onderzoeken. doctoraat student Nitin Batra en zijn begeleider Pedro Da Costa lopen voorop bij het ontwikkelen van nieuwe TEM-technieken. Hierdoor konden ze enkele zilveren nanodraden in detail bestuderen (1).

"Een groot deel van ons werk bestond uit het ontwerpen en fabriceren van prototypes van een voorbeeldplatform (of chips ) voor TEM, waarmee we nanomaterialen kunnen karakteriseren en manipuleren met een onovertroffen ruimtelijke resolutie, ' zegt Batra.

Om dure, in de handel verkrijgbare chips te verbeteren die een zeer kwetsbaar membraan bevatten om nanodeeltjes te ondersteunen, Batra en Da Costa, met hulp van Ahad Syed van het Nanofabrication Core Labat KAUST, hebben nu ingediend om hun eigen robuuste, herbruikbare chips die geen membraan nodig hebben (2).

De onderzoekers hingen zilveren nanodraden van platina-elektroden over hun op maat gemaakte TEM-chips en pasten een reeks spanningen toe totdat de nanodraden het begaven door verwarming door de elektrische stroom. Ze ontdekten dat rechte nanodraden de neiging hadden te breken wanneer ze een bepaalde hoge stroomdichtheid bereikten, op punten bepaald door lokale structurele defecten.

Interessanter gedrag werd waargenomen toen de nanodraden vanaf het begin werden gebogen. Deze monsters hadden de neiging om te knikken in plaats van te breken bij hoge spanning en vertoonden een vermogen tot zelfgenezing omdat ze bij elkaar bleven door de koolstofcoating aan de buitenkant van de draden. Sommige nanodraden vertoonden zelfs resonerende trillingen, zoals de harmonischen op een gitaarsnaar, voordat ze faalden.

"Van veel apparaten wordt verwacht dat ze herhaaldelijk buigen en draaien door de eindgebruiker, wat betekent dat het niet realistisch is om de studie van de elektrische respons van zilveren nanodraden te beperken tot rechte configuraties, ", zegt Batra. "Onze resultaten suggereren dat het faalpercentage van dergelijke apparaten kan worden geminimaliseerd door gebogen nanodraden te gebruiken in plaats van rechte. Het zelfgenezend vermogen zou de uitval van het circuit effectief kunnen vertragen."