Klumpar av extremt små nanotrådar i denna bild fångas med hjälp av ett elektronmikroskop. Klumpmönstret, som uppstår som ett resultat av ytspänning under tillverkningsprocessen, begränsar trådarnas användbarhet, som ses som ett troligt kärnelement i kraftfullare mikroelektronik, solceller, batterier och medicinska verktyg.
(PhysOrg.com) - Ytspänning är inte en mycket kraftfull kraft, men det spelar roll för små saker - vattenbuggar, måla, och, det visar sig, nanotrådar.
Nanotrådar är så små att ett människohår skulle dvärga dem - vissa har diametrar på 150 miljarder meter. På grund av sin lilla storlek, ytspänning som uppstår under tillverkningsprocessen drar ihop dem, begränsar deras användbarhet. Detta är ett problem eftersom ledningarna ses som ett potentiellt kärnelement i ny och kraftfullare mikroelektronik, solceller, batterier och medicinska verktyg.
Men i ett papper i tidningen ACS -tillämpade material och gränssnitt nu online, en ingenjörsforskare vid University of Florida säger att han har hittat en billig lösning.
Kirk Ziegler, en biträdande professor i kemiteknik, sagda nanotrådar tillverkas oftast idag med en process som innebär nedsänkning av trådarna.
När den är klar, varje tråd ska sticka upp bredvid den andra från en plan yta, som borst på en Lilliputian tandborste. Men Ziegler sa att trådarna är så små och så flexibla att ytspänningen klumpar ihop dem när de torkas.
Tillverkare använder extremt högt tryck för att minska ytspänningen, men Ziegler sa att processen är svår, dyrt och inte bidrar till storskalig produktion.
Ziegler och Justin Hill, som tar examen från UF med en doktorsexamen i kemiteknik i sommar, insåg att de behövde införa en kraft som motverkade ytspänningens. De kom på en process som var enkel nog att nås med ett nio volt batteri. Forskarna applicerar en elektrisk laddning på nanostrukturerna under tillverkningsprocessen, ladda varje liten tråd och få den att avvisa sin granne.
"När de två nanotrådarna drar mot varandra på grund av ytspänningen, liknande laddningar vid spetsarna driver dem isär, "Sade Ziegler." Målet är att få en netto -nollkraft på strukturen, så nanotrådarna står rakt. "
Tester av ytor i mikroskop-bildstorlek, var och en innehåller biljoner nanotrådar, visade att proceduren effektivt förhindrar klumpning, Sa Ziegler.
I denna bild fångad med hjälp av ett elektronmikroskop, nanotrådar står rakt upp som ett resultat av en ny process som utvecklats av University of Florida kemitekniska forskare. Ingenjörerna tillför nanostrukturen en elektrisk laddning under tillverkningsprocessen, ladda varje tråd och få den att avvisa sin granne, motverka den motsatta kraft som induceras av ytspänningen. Forskarna säger att processen är billig och enkel, ett steg mot att göra nanotrådarna till en vanligare beståndsdel i elektronik, medicinsk utrustning och solceller.
Nanotrådar har hittills inte hittat stora kommersiella applikationer, men Ziegler sa att när ingenjörer lär sig att göra och manipulera dem, de kan stödja mycket effektivare solceller och batterier eftersom de ger mer yta och bättre elektriska egenskaper.
"Att kunna packa in en högre densitet av nanotrådar ger dig en mycket högre ytarea, så du börjar generera högre energitäthet, " han sa.
Ziegler sa att biomedicinska ingenjörer också är intresserade av att använda trådarna för att leverera läkemedel till enskilda celler, eller för att hindra eller uppmuntra individuell celltillväxt. University of Florida har ansökt om patent på processen, han lade till.
