Nanodraden, kleine eendimensionale structuren met diameters gemeten in nanometers, vertonen unieke eigenschappen die ze veelbelovende kandidaten maken voor verschillende technologische toepassingen. De praktische implementatie ervan kan echter worden belemmerd door de neiging om aan elkaar te blijven plakken en ongewenste clusters of bundels te vormen. Het begrijpen van de onderliggende mechanismen achter dit plakgedrag is cruciaal voor het optimaliseren van op nanodraden gebaseerde apparaten.

In een recente studie hebben onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en hun collega's licht geworpen op de fundamentele oorzaken van de adhesie van nanodraden. Met behulp van een combinatie van experimentele technieken en theoretische modellering ontdekte het team dat het plakgedrag voortkomt uit het samenspel van capillaire krachten als gevolg van de vloeibare omgeving tijdens de synthese van nanodraden, en van der Waals-krachten – zwakke intermoleculaire krachten die voortkomen uit de kwantummechanische interactie van atomen. en moleculen.

Belangrijkste bevindingen:

Capillaire krachten:Capillaire krachten spelen een dominante rol bij de hechting van nanodraden wanneer de nanodraden worden omgeven door een vloeibaar medium. Deze krachten komen voort uit de oppervlaktespanning van de vloeistof en de geometrie van de nanodraadstructuur. Terwijl de vloeistof verdampt, zorgen de capillaire krachten ervoor dat de nanodraden dicht bij elkaar komen, waardoor de kans op adhesie groter wordt.

Van der Waals-krachten:Zodra de nanodraden met elkaar in contact komen, nemen de krachten van Van der Waals het over als het primaire mechanisme dat verantwoordelijk is voor het aan elkaar plakken ervan. Deze krachten, die altijd aantrekkelijk zijn, worden sterker naarmate de afstand tussen de nanodraden kleiner wordt.

Rol van nanodradendichtheid:De onderzoekers ontdekten dat de dichtheid van nanodraden in een bepaald gebied de mate van adhesie beïnvloedt. Wanneer de dichtheid van de nanodraden hoog is, domineren de capillaire krachten, wat leidt tot een sterkere hechting. Omgekeerd worden bij lagere nanodradendichtheden de van der Waals-krachten groter, wat resulteert in een zwakkere adhesie.

Implicaties voor op nanodraad gebaseerde apparaten:

De bevindingen uit deze studie hebben belangrijke implicaties voor het ontwerp en de fabricage van op nanodraden gebaseerde elektronische en opto-elektronische apparaten. Door de dichtheid van de nanodraden en de vloeibare omgeving tijdens de synthese te controleren, is het mogelijk ongewenste adhesie te minimaliseren en de gewenste eigenschappen en functionaliteit van de nanodraden te garanderen.

Bovendien kan het begrijpen van de mechanismen achter het plakgedrag van nanodraden informatie opleveren over strategieën om adhesie in verschillende nanotechnologietoepassingen te voorkomen of te verminderen, waaronder geïntegreerde schakelingen, sensoren, zonnecellen en energieopslagsystemen.

Concluderend biedt de studie van het onderzoeksteam een ​​dieper inzicht in de factoren die bijdragen aan de adhesie van nanodraden, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van efficiëntere en betrouwbaardere op nanodraden gebaseerde technologieën.