Klumper af ekstremt små nanotråde i dette billede fanges ved hjælp af et elektronmikroskop. Det klumpede mønster, som opstår som følge af overfladespænding under fremstillingsprocessen, begrænser anvendeligheden af ledningerne, der betragtes som et sandsynligt kerneelement i mere kraftfuld mikroelektronik, solceller, batterier og medicinsk værktøj.
(PhysOrg.com) - Overfladespænding er ikke en særlig kraftig kraft, men det betyder noget for små ting - vandfejl, maling, og, det viser sig, nanotråde.
Nanotråde er så små, at et menneskehår ville dværge dem - nogle har en diameter på 150 milliarder af en meter. På grund af deres lille størrelse, overfladespænding, der opstår under fremstillingsprocessen, trækker dem sammen, begrænser deres anvendelighed. Dette er et problem, fordi ledningerne ses som et potentielt kerneelement i ny og mere kraftfuld mikroelektronik, solceller, batterier og medicinsk værktøj.
Men i et papir i journalen ACS -anvendte materialer og grænseflader nu online, en ingeniørforsker ved University of Florida siger, at han har fundet en billig løsning.
Kirk Ziegler, en adjunkt i kemiteknik, sagde nanotråde fremstilles oftest i dag med en proces, der involverer nedsænkning af ledningerne.
Når den er færdig, hver ledning formodes at stikke op ved siden af den anden fra en flad overflade, som børster på en Lilliputian tandbørste. Men Ziegler sagde, at ledningerne er så små og så fleksible, at overfladespændinger klumper dem op, når de tørres.
Producenter bruger ekstremt højt tryk til at reducere overfladespændingen, men Ziegler sagde, at processen er vanskelig, dyrt og ikke bidrager til storstilet produktion.
Ziegler og Justin Hill, som vil afslutte UF med en doktorgrad i kemiteknik denne sommer, indså, at de skulle indføre en kraft, der modvirkede overfladespændingens. De kom med en proces, der var enkel nok til at kunne opnås med et ni volt batteri. Forskerne påfører nanostrukturer en elektrisk ladning under fremstillingsprocessen, oplader hver lillebitte ledning og får den til at afvise sin nabo.
"Da de to nanotråde trækker mod hinanden på grund af overfladespændingen, lignende ladninger ved spidserne virker for at skubbe dem fra hinanden, "Sagde Ziegler." Målet er at få en netto -nulkraft på strukturen, så nanotrådene står lige. "
Test af overflader i mikroskop-dias-størrelse, hver indeholder billioner af nanotråde, viste, at proceduren effektivt forhindrer sammenklumpning, Sagde Ziegler.
På dette billede taget ved hjælp af et elektronmikroskop, nanotråde står lige op som et resultat af en ny proces udviklet af University of Florida kemitekniske forskere. Ingeniørerne påfører nanostrukturen en elektrisk ladning under fremstillingsprocessen, oplader hver ledning og får den til at afvise sin nabo, modvirke den modsatte kraft forårsaget af overfladespændingen. Forskerne siger, at processen er billig og enkel, et skridt i retning af at gøre nanotråde til en mere almindelig bestanddel af elektronik, medicinsk udstyr og solceller.
Nanotråde har ikke fundet store kommercielle applikationer til dato, men Ziegler sagde, at når ingeniører lærer at lave og manipulere dem, de kunne understøtte langt mere effektive solceller og batterier, fordi de giver mere overfladeareal og bedre elektriske egenskaber.
"At kunne pakke ind i en højere tæthed af nanotråde giver dig et meget højere overfladeareal, så du begynder at generere højere energitæthed, " han sagde.
Ziegler sagde, at biomedicinske ingeniører også er interesserede i at bruge ledningerne til at hjælpe med at levere medicin til individuelle celler, eller for at hindre eller opmuntre individuel cellevækst. University of Florida har ansøgt om patent på processen, han tilføjede.