(Phys.org) – Forskare vid Missouri University of Science and Technology har utvecklat vad de kallar "en enkel, enstegsmetod" för att odla nanotrådar av germanium från en vattenlösning. Deras process kan göra det mer genomförbart att använda germanium i litiumjonbatterier.

Missouri S&T-forskare beskriver sin metod i "Electrodeposited Germanium Nanowires, "en tidning publicerad idag (torsdag, 28 augusti, 2014) på ​​tidskriftens webbplats ACS Nano . Deras strategi i ett steg kan leda till en enklare, billigare sätt att odla germanium nanotrådar.

Som ett halvledarmaterial, germanium är överlägset kisel, säger Dr Jay A. Switzer, Donald L. Castleman/Foundation for Chemical Research Professor i Discover vid Missouri S&T. Germanium användes till och med i de första transistorerna. Men det är dyrare att bearbeta för utbredd användning i batterier, solceller, transistorer och andra applikationer, säger Switzer, vem är ledande forskare i projektet.

Switzer och hans team har haft framgång med att odla andra material i nanometerskala genom elektroavsättning – en process som Switzer liknar med att "odla stengodiskristaller på ett snöre." Till exempel, under 2009 Materialkemi papper, Switzer och hans team rapporterade att de hade odlat zinkoxid "nanospjut" - var och en hundratals gånger mindre än bredden på ett människohår - på en enkristall kiselskiva placerad i en bägare fylld med en alkalisk lösning mättad med zinkjoner.

Men att odla germanium på nanonivå är inte så enkelt. Faktiskt, elektroavsättning i en vattenlösning som den som används för att odla zinkoxidnanospjuten "är termodynamiskt inte möjlig, "Switzer och hans team förklarar i sin ACS Nano-tidning, "Elektrodeponerade Germanium Nanotrådar."

Så Missouri S&T-forskare tog ett annat tillvägagångssätt. De modifierade en elektroavsättningsprocess som visade sig producera germanium nanotrådar med hjälp av flytande metallelektroder. Den processen, utvecklad av University of Michigan forskare under ledning av Dr. Stephen Maldonado och känd som den elektrokemiska vätska-vätska-fast process (ec-LLS), involverar användningen av en metallisk vätska som utför två funktioner:Den fungerar som en elektrod för att orsaka elektroavsättningen samt ett lösningsmedel för att omkristallisera nanopartiklar.

Switzer och hans team tillämpade ec-LLS-processen genom att elektrokemiskt reducera indium-tennoxid (ITO) för att producera indiumnanopartiklar i en lösning som innehåller germaniumdioxid, eller Ge(IV). "Indiumnanopartikeln i kontakt med ITO fungerar som elektrod för reduktion av Ge(IV) och löser även upp det reducerade Ge i partikeln, "Rapporterar Missouri S&T-teamet i ACS Nano papper. Germaniumet "börjar sedan kristallisera ut ur nanopartikeln vilket tillåter tillväxten av nanotråden."

Missouri S&T-forskare testade effekten av temperatur för elektroavsättning genom att odla germanium nanotrådarna vid rumstemperatur och vid 95 grader Celsius (203 grader Fahrenheit). De fann ingen signifikant skillnad i kvaliteten på nanotrådarna, även om nanotrådarna som odlades vid rumstemperatur hade mindre diametrar. Switzer tror att förmågan att producera nanotrådarna vid rumstemperatur genom denna enstegsprocess kan leda till ett billigare sätt att producera materialet.

"Den höga ledningsförmågan (av germanium nanotrådar) gör dem idealiska för litiumjonbatteriapplikationer, " säger Switzer.