• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Hur man odlar nanotrådar och små tallrikar

    Nanostrukturer syntetiseras direkt i parallella mikrofluidkanaler (hålls av metallramen) genom att flöda speciell kemisk reaktantlösning genom slangen. Mikrofluidiken skapar inte bara den funktionella enheten, men är också den slutförpackade funktionella LED-enheten själv. Foto:Jaebum Joo

    Forskare vid MIT har hittat ett sätt att kontrollera exakt formerna på submikroskopiska ledningar som deponeras från en lösning - med en metod som gör det möjligt att producera hela elektroniska enheter genom en vätskebaserad process.

    Teamet demonstrerade tekniken genom att producera en funktionell lysdiod (LED) array gjord av zinkoxid nanotrådar i en enda bägare, istället för de flera separata steg och anordningar som krävs för konventionell produktion. De kunde göra det under relativt godartade förhållanden, med måttliga temperaturer och inget vakuum behövs.

    Till skillnad från större strukturer, med nanomaterial — de med dimensioner mätt i nanometer, eller miljarddelar av en meter — skillnader i form kan leda till dramatiska skillnader i beteende. "För nanostrukturer, det finns en koppling mellan geometrin och de elektriska och optiska egenskaperna, " förklarar Brian Chow, en postdoc vid MIT och medförfattare till en artikel som beskriver resultaten som publicerades den 10 juli i tidskriften Naturmaterial . "Att kunna ställa in geometrin är väldigt kraftfullt, ” säger han. Systemet som Chow och hans kollegor utvecklade kan exakt kontrollera bildförhållandet (förhållandet mellan längd och bredd) på nanotrådarna för att producera allt från platta plattor till långa tunna trådar.

    Det finns andra sätt att göra sådana nanotrådar, säger Chow. "Människor har gjort ett bra jobb med att kontrollera ledningarnas morfologi på andra sätt - med hjälp av höga temperaturer, högt tryck, eller subtraktiv bearbetning. Men att kunna göra detta under dessa godartade förhållanden är attraktivt, ” eftersom det gör det möjligt att integrera sådana enheter med relativt ömtåliga material som polymerer och plaster, han säger.

    Kontroll över formerna på ledningarna har fram till nu i huvudsak varit en trial-and-error-process. "Vi försökte ta reda på vad som är den styrande faktorn, ” förklarar Jaebum Joo PhD ’10, som var huvudförfattaren till tidningen.

    Nyckeln visar sig vara de elektrostatiska egenskaperna hos zinkoxidmaterialet när det växer från en lösning, de hittade. Olika föreningar, när den läggs till lösningen, fäster sig elektrostatiskt endast på vissa delar av tråden - bara på sidorna, eller bara till ändarna - hämmar trådens tillväxt i dessa riktningar. Mängden hämning beror på de tillsatta föreningarnas specifika egenskaper.

    Även om detta arbete gjordes med zinkoxidnanotrådar - ett lovande material som studeras brett av forskare - tror MIT-forskarna att metoden de utvecklat för att kontrollera formen på trådarna "kan utökas till olika materialsystem, " säger Joo, kanske inklusive titandioxid som undersöks för enheter som solceller. Eftersom de godartade monteringsförhållandena gör att materialet kan avsättas på plastytor, han säger, det kan möjliggöra utvecklingen av flexibla displaypaneler, till exempel.

    Men det finns också många potentiella tillämpningar med själva zinkoxidmaterialet, inklusive tillverkning av batterier, sensorer, och optiska anordningar. Och bearbetningsmetoden har "potentialen för storskalig tillverkning, " säger Joo.

    Teamet hoppas också kunna använda metoden för att göra "spatialt komplexa enheter från botten och upp, av biokompatibla polymerer.” Dessa skulle kunna användas, till exempel, att göra små apparater som kan implanteras i hjärnan för att ge både avkänning och stimulans.

    Förutom Joo och Chow, forskningen utfördes av gästforskare Manu Prakesh, tillsammans med Media Labs docent Edward Boyden och Joseph Jacobson. Det finansierades av MIT Center for Bits and Atoms; MIT Media Lab; Korea Foundation for Advanced Studies; Samsung Electronics; Harvard Society of Fellows; Wallace H. Coulter Early Career Award; NARSAD Young Investigator Award; National Science Foundation; och NIH Director’s New Innovator Award.


    Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com