Kisel nanotrådar väcker stor uppmärksamhet från elektronikindustrin på grund av strävan efter allt mindre elektroniska enheter, från mobiltelefoner till datorer. Driften av dessa framtida enheter, och ett brett utbud av ytterligare applikationer, kommer att bero på de mekaniska egenskaperna hos dessa nanotrådar. Ny forskning från North Carolina State University visar att nanotrådar av kisel är mycket mer motståndskraftiga än sina större motsvarigheter, ett fynd som kan bana väg för mindre, robustare nanoelektronik, nanosensorer, lysdioder och andra applikationer.

Det är ingen överraskning att de mekaniska egenskaperna hos kisel nanotrådar skiljer sig från "bulk" - eller vanlig storlek - kiselmaterial, eftersom trådarnas diameter minskar, det finns ett ökande förhållande mellan yta och volym. Tyvärr, experimentella resultat som rapporterats i litteraturen om egenskaperna hos nanotrådar av kisel har rapporterat motstridiga resultat. Så NC State forskare satte sig för att kvantifiera materialets elastiska egenskaper och brottegenskaper.

"Den vanliga halvledarindustrin bygger på kisel, " säger Dr Yong Zhu, biträdande professor i maskinteknik vid NC State och ledande forskare i detta projekt. "Dessa trådar är byggstenarna för framtida nanoelektronik." För denna studie, forskare satte sig för att fastställa hur mycket missbruk dessa kiselnanotrådar kan ta. Hur deformeras de - vilket betyder hur mycket kan du sträcka eller förvränga materialet innan det går sönder? Och hur mycket kraft tål de innan de spricker eller spricker? Forskarna fokuserade på nanotrådar gjorda med hjälp av syntesprocessen ånga-vätska-fast, vilket är ett vanligt sätt att tillverka nanotrådar av kisel.

Zhu och hans team mätte nanotrådens egenskaper med hjälp av in-situ dragtestning inuti svepelektronmikroskopi. En nanomanipulator användes som ställdon och en mikrokonsol användes som belastningssensor. "Vår experimentella metod är direkt men enkel, " säger Qingquan Qin, en Ph.D. student vid NC State och medförfattare till uppsatsen. "Denna metod erbjuder realtidsobservation av nanotrådsdeformation och brott, samtidigt som kvantitativ stress och belastningsdata. Metoden är mycket effektiv, så att ett stort antal exemplar kan testas inom en rimlig tidsperiod."

Som det visar sig, kisel nanotrådar deformeras på ett helt annat sätt än bulkkisel. "Bulkkisel är mycket skört och har begränsad deformerbarhet, vilket betyder att det inte kan sträckas eller skeva särskilt mycket utan att gå sönder." säger Feng Xu, en Ph.D. student vid NC state och medförfattare till tidningen, "Men kisel nanotrådarna är mer motståndskraftiga, och kan upprätthålla mycket större deformation. Andra egenskaper hos nanotrådar av kisel inkluderar ökad brotthållfasthet och minskad elasticitetsmodul när nanotråden blir mindre och mindre."

Det faktum att nanotrådar av kisel har mer deformerbarhet och styrka är en stor sak. "Dessa egenskaper är viktiga för designen och tillförlitligheten hos nya kiselnanoenheter, " Zhu säger. "Insikterna från denna studie främjar inte bara grundläggande förståelse om storlekseffekter på mekaniska egenskaper hos nanostrukturer, men också ge designers fler möjligheter att designa nanoenheter, allt från nanosensorer till nanoelektronik till nanostrukturerade solceller."

Mer information: Studien, "Mekaniska egenskaper hos ånga-vätska-fast syntetiserade kisel nanotrådar, " var medförfattare av Zhu, Xu, Qin, University of Michigan (UM) forskare Wei Lu och UM Ph.D. student Wayne Fung. Studien publiceras i numret 11 november av Nanobokstäver .

Källa:North Carolina State University (nyheter:webb)