Bedre at leve gennem pres – funktionelle nanomaterialer gjort let

Brug af tryk i stedet for kemikalier, et team fra Sandia National Laboratories har fremstillet nanopartikler til strukturer med nanowire-array, der ligner dem, der ligger til grund for overfladerne på touch-skærme til sensorer, computere, telefoner og tv. Den trykbaserede fremstillingsproces tager nanosekunder. Kemibaserede industrielle teknikker tager timer.

Processen, kaldet stress-induceret fremstilling, "er en ny teknologi, der efterligner aftryksprocesser, der allerede bruges af producenter, " sagde Sandia-forsker Hongyou Fan, der ledede indsatsen. "Kun i stedet for at præge kreditkort, vi bruger den samme type proces til at fremstille nanotråde eller andre komponenter i nanostørrelse på ultrakorte tidsskalaer."

Metoden, for hvilke der er udstedt tre patenter, er 9 millioner gange hurtigere end nogen kendt kemisk metode, når den udføres på Sandias Veloce pulserende maskine, som genererer pres i størrelsesordenen 100, 000 atmosfærer, sagde Fans kollega, Jack Wise.

Mindre eksotisk, til fremstilling i stedet for forskning, prægemaskiner svarende til dem, der allerede er kommercielt i brug, kunne tjene. "Det er tænkeligt, at få modifikationer ville være nødvendige for at konvertere maskinerne fra prægning til fremstilling, " sagde Fan.

Sandia -processen sparer:

• tid, fordi kredsløb kan fremstilles på få sekunder i stedet for de timer, der kræves af kemiske metoder;
• miljøet, fordi der ikke er noget kemisk affald at rydde op i;
• materialer, fordi præcis den nødvendige mængde placeres på et underlag.

Også, defekter, der er almindelige i industriel kemisk fremstilling af halvledere, reduceres i antal af trykprocessen, som virker til at udfylde alle ledige stillinger i produktets atomgitter.

"Jeg har aldrig set eller hørt om denne [proces] i vores omfattende interaktion med nogle af de førende materialeforskere i verden, " sagde Tom Brennan fra Chicago-baserede Arch Venture Partners, taler i en video om en tidligere version af processen. "Det giver os mulighed for at tænke på helt nye materielle løsninger på problemer, industrien står over for på tværs af linjen."

Den tidligere version af den trykbaserede proces fungerede ved at bruge en håndspændt skruestik med diamantambolte, men dette værktøj var ikke hurtigt eller formbart nok til kommerciel produktion. Industrielle prægemaskiner, på den anden side, producere tilstrækkeligt tryk og er kontrollerbare.

"For en touch-skærm, trykket skal beregnes på forhånd for at stoppe kompressionen i den rigtige afstand fra målet:ikke for langt, ikke for tæt på, at producere den underliggende nanoledning til en fladskærm, " sagde Fan. "Det er et spørgsmål om at programmere den kraft, der påføres for præcist at bestemme, hvor meget der skal komprimeres."

Det er, til fladskærme, nanotrådene skal gøres fleksible nok til at komme i kontakt med et elektrisk ladet lag af enheden, når de trykkes af en finger, alligevel langt nok fra hinanden til at forblive adskilt, når der ikke er noget signal.

Teknologien, for nylig rapporteret i Naturkommunikation , kan fremstille en bred vifte af komponenter i nanoskala, herunder nanorods og nanosheets. Komponenterne kan enten organiseres under deres dannelse eller dispergeres i opløsningsmidler til senere samling. Metoden kunne bruges til kemiske sensorer, belastningsdetektorer og elektroder i solceller.