Diamantplader skaber nanostrukturer gennem tryk, ikke kemi

(Phys.org) - Du ville ikke tro, at den mekaniske kraft - den simple slags, der blev brugt til at skubbe uregerlige lånere ud fra barer, sko en hest eller præge de hævede tal på kreditkort - kunne behandle nanopartikler mere subtilt end den mest avancerede kemi.

Endnu, i en nylig artikel i Naturkommunikation , Sandia National Laboratories -forskeren Hongyou Fan og kolleger ser ud til at have opnået en start mod den ende.

Deres nyligt patenterede og originale metode anvender simpelt tryk-en slags højteknologisk prægning-for at producere finere og renere resultater i dannelse af sølvnanostrukturer end kemiske metoder, som ikke kun er ufleksible i deres resultater, men efterlader skadelige biprodukter at bortskaffe.

Fan kalder sin tilgang "en simpel stressbaseret fremstillingsmetode", der, når det anvendes på nanopartikelarrays, danner nye nanostrukturer med afstembare egenskaber.

"Der er et stort potentielt marked for denne teknologi, "sagde han." Det kan let og direkte integreres i de nuværende industrielle produktionslinjer uden at skabe nyt dyrt og specialiseret udstyr. "

Sagde Sandia, medforfatter Paul Clem, "Dette er en grundlæggende metode, der bør muliggøre en række forskellige enheder, herunder fleksibel elektronik såsom antenner, kemiske sensorer og belastningsdetektorer. "Det ville også producere transparente elektroder til solceller og organiske lysemitterende dioder, Sagde Clem.

Metoden blev inspireret af industrielle prægningsprocesser, hvor en mønstret maske påføres med højt eksternt tryk for at skabe mønstre i underlaget, Sagde Fan. "I vores teknologi, to diamantambolte blev brugt til at sandwich nanopartikulære tynde film. Denne ydre stress fremkaldte manuelt overgange i filmen, der syntetiserede nye materialer, " han sagde.

Presset, leveret af to diamantplader strammet med fire skruer til enhver kontrolleret indstilling, hyrder sølv nanosfærer i ethvert ønsket volumen. Uvilje skaber betingelser, der producerer nanoroder, nanotråde og nanosheets i valgte tykkelser og længder frem for output fra en kemisk proces, der passer til alle uden miljøskadelige rester.

Mens eksperimenter rapporteret i papiret blev udført med sølv - det mest ønskelige metal, fordi det er det mest ledende, stabil og optisk interessant og bliver gennemsigtig ved visse tryk - metoden har også vist sig at fungere med guld, platin og andre metalliske nanopartikler

Clem sagde, at forskerne nu begynder at arbejde med halvledere.

Bill Hammetter, leder af Sandias Advanced Materials Laboratory, sagde, "Hongyou har opdaget en måde at bygge en struktur ind i en anden struktur - en kapacitet, vi ikke har nu på nanoliveauet. Otte eller ni gigapascal - mængden af ​​tryk, ved hvilket faseændring og nye materialer opstår - er ikke svære at nå. Enhver industri, der har prægningsudstyr, kan lægge en sølvfilm på et stykke papir, opbygge et ledende mønster, fjern derefter det fremmede materiale og lad det stå med mønsteret. En belægning af nanopartikler, der kan bygge ind i en anden struktur, har en bestemt funktionalitet, vi ikke har lige nu. Det er en opdagelse, der ikke er blevet kommercialiseret, men kunne gøres i dag med det samme udstyr, der bruges af alle, der laver kreditkort. "

Metoden kan bruges til at konfigurere nye materialetyper. For eksempel, under pres, dimensionerne af bestilte tredimensionelle nanopartikel-arrays krymper. Ved at fremstille en struktur, hvor sandwichvæggene permanent leverer dette tryk, nanopartikel array vil forblive i en konstant tilstand, i stand til at transmittere lys og elektricitet med specifikke egenskaber. Denne trykregulerede finjustering af partikelseparation muliggør kontrolleret undersøgelse af afstandsafhængige optiske og elektriske fænomener.

Ved endnu højere tryk, nanopartikler er tvunget til at sintre, eller binding, danner nye klasser af kemisk og mekanisk stabile nanostrukturer, der ikke længere har brug for fastholdelsesoverflader. Disse kan ikke fremstilles ved hjælp af nuværende kemiske metoder.

Afhængig af størrelsen, sammensætning og faseorientering af de indledende nanopartikelarrays, en række nanostrukturer eller nanokompositter og 3-D sammenkoblede netværk kan opnås.

De stressinducerede synteseprocesser er enkle og rene. Ingen termisk behandling eller yderligere oprensning er nødvendig for at fjerne reaktionsbiprodukter.