Nanotrådar, som används i sensorer, transistorer, optoelektroniska enheter och andra system som kräver subatomär precision, gillar att hålla ihop. Att reda ut elektriska ledningar kan vara en svår uppgift - tänk dig att försöka separera ledningar 1/1000 av bredden på ett människohår. Självattraktionen av nanotrådar har varit ett stort problem för kvalitet och effektiv bulktillverkning, med potential att katastrofalt kortsluta nanotrådsbaserade enheter, men forskare i Kina har nu avslöjat varför komponenterna klamrar sig fast vid varandra.

De publicerade sitt arbete den 27 december 2021 i Nano Research .

"Elektrostatisk kraft, kapillärkraft eller van der Waals kraft har alla betraktats som drivkrafter för självattraktion i nanotrådar, men orsaken förblev diskutabel på grund av experimentella utmaningar", säger första författare Junfeng Cui, Dr Junfeng Cui, Key Laboratory for Precision och icke-traditionell bearbetningsteknik vid utbildningsministeriet, Dalians tekniska universitet.

Nanotrådar attraherar varandra i luften, men de är för små för att kunna undersökas grundligt utan mikroskopisk inspektion. Nanotrådar avbildas vanligtvis med ett elektronmikroskop, som använder en elektronstråle för att visualisera särskilt små motiv – en variabel som är svår att korrigera i ett material som är så känsligt för elektroner som nanotrådar.

Det är en hake-22:forskarna behöver mikroskopet för att se hur trådarna beter sig, men mikroskopet ändrar deras beteende. Så forskarna tog ett steg tillbaka till grunderna och använde ett optiskt mikroskop. Även om det inte kan avslöja nästan lika mycket detaljer som ett elektronmikroskop, använder ett optiskt mikroskop synligt ljus som inte stör nanotrådarna.

Därefter använde de en rörlig manipulator som höll ett mänskligt ögonbrynshår för att applicera lim på en nanotråd och fästa den på ett substrat. Det överblivna limmet användes för att fästa ytterligare en nanotråd till ögonbrynshåret. Båda nanotrådarna sattes i fokus i det optiska mikroskopet.

"Vi kunde mäta avståndet mellan två individuella nanotrådar och relaterad attraktionskraft i realtid," sa Cui och förklarade att de bestämde attraktionskraften genom att studera hur nanotråden avböjdes från sin stationära position. "De två nanotrådarna kopplade till varandra omedelbart när de var tillräckligt nära, vilket kan tillskrivas den elektrostatiska kraften."

Liksom plastfolie som klibbar till en persons hand, ökade de olika laddade elektronerna i de två nanotrådarna när deras avstånd minskade, och knäpptes till varandra på nära håll. Och, som plastfolie, krävs det lite kraft för att separera dem igen - van der Waals kraft, för att vara exakt. En svag interaktion mellan atomer nära varandra, van der Waals-kraften kan lätt brytas genom att utöva starkare mekanisk kraft för att separera materialen.

"Att tillhandahålla ett säkert avstånd är nyckeln för att undvika att nanotrådar hopar sig och eventuellt kortsluts som leder till katastrofala olyckor, särskilt inom flyg- och kärnenergi - men å andra sidan har nanotrådars självattraktion stor potential i sådana applikationer som t.ex. nanotweezer eller nanoelektromekaniska omkopplare," sa Cui. "Att förstå nanotrådarnas självattraktion är nyckeln till att tillverka högkvalitativa nanotrådar och utveckla högpresterande nanotrådsbaserade enheter. Vår mångsidiga metod för att identifiera och mäta nanotrådarnas självattraktion visade att nanotrådarnas attraktionsbeteende kan kontrolleras, eftersom vi hoppades." + Utforska vidare

Forskare visar teknik för återvinning av nanotrådar i elektronik