(PhysOrg.com) - Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en billig och enkel metod för att montera nanotrådar, kontrollerar deras inriktning och densitet. Forskarna hoppas att resultaten kommer att främja ytterligare forskning om en rad enhetsapplikationer som använder nanotrådar, från nanoelektronik till nanosensorer, speciellt på okonventionella underlag som gummi, plast och papper.
"Alignment är ett kritiskt första steg för att utveckla enheter som använder nanotrådar, " säger Dr Yong Zhu, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State och medförfattare till en artikel som beskriver forskningen. "Förhoppningsvis kommer vår enkla och kostnadseffektiva metod att underlätta forskning inom detta område."
Att justera nanotrådar är utmanande eftersom, när de skapas, användaren står inför ett överflöd av slumpmässigt orienterade nanoskala ledningar som är, per definition, otroligt liten. Till exempel, nanotrådarna är mellan 10 och 100 nanometer i diameter, medan en vita blodkropp är ungefär 10, 000 nanometer i diameter. Innan några praktiska tillämpningar kan eftersträvas, användaren måste montera nanotrådarna på ett ordnat sätt. Specifikt, användare måste rikta in nanotrådarna i en gemensam riktning och definiera deras densitet – vilket betyder antalet nanotrådar i ett givet område. Att kontrollera både inriktning och densitet kallas vanligtvis för att "sätta ihop" nanotrådarna.
I den nya metoden, Zhus team deponerade nanotrådarna på ett sträckt gummisubstrat, och släppte sedan spänningen på underlaget. När nanotrådarna satte sig, de riktade sig i rät vinkel mot där spänningen kom ifrån. Föreställ dig att ett gummiband sträcks åt öster och väster. Om nanotrådar placerades på gummibandet, och bandet fick gå tillbaka till sin ursprungliga form, nanotrådarna skulle vara orienterade mot norr och söder. Ju mer gummisubstratet sträcks, desto mer inriktade kommer nanotrådarna att vara, och desto större blir nanotrådstätheten.
Tidigare forskning har presenterat en rad andra metoder för att montera nanotrådar. Men den nya metoden erbjuder ett antal tydliga fördelar. "Vår metod är kostnadseffektiv, " säger Feng Xu, en Ph.D. student som arbetar med detta projekt, "eftersom det är så enkelt. Det kan också användas för nanotrådar som syntetiseras med olika metoder eller bearbetas under olika förhållanden, till exempel, silver nanotrådar syntetiserade i lösning och kisel nanotrådar syntetiserade med ånga-vätska-fast-metoden, som visats i vårt arbete." Dessutom, den nya metoden kan användas tillsammans med tidigare metoder för att uppnå ännu bättre nanotrådsmontering.
Användningen av ett gummisubstrat i denna metod underlättar breda forsknings- och tillverkningssektorer. Till exempel, ett nyckelelement i forskningen om töjbar nanoelektronik är att rikta in nanotrådar på ett töjbart gummisubstrat. Liknande, gummi är också det material som används som "stämplar" i transfertryck - en kritisk tillverkningsmetod som används vid tillverkning av nanoenheter på olika substrat, från kisel till glas till plast.
Zhu noterar att det första steget i metoden, när nanotrådarna först avsätts på sträckt gummi, ibland ger en inkonsekvent grad av nanotrådsanpassning. Teamet arbetar för närvarande med att förstå den grundläggande gränssnittsmekaniken - inklusive vidhäftning och statisk friktion - mellan nanotrådar och gummisubstrat, vilket förväntas leda till en bättre kontroll av monteringsprocessen och därmed ett högre utbyte av nanotrådsaggregatet.
