Forskere afslører, hvorfor nanotråde klæber til hinanden

Nanotråde, der bruges i sensorer, transistorer, optoelektroniske enheder og andre systemer, der kræver subatomisk præcision, holder gerne sammen. At udrede elektriske ledninger kan være en vanskelig opgave - forestil dig at prøve at adskille ledninger 1/1000 af bredden af ​​et menneskehår. Selvtiltrækningen af ​​nanotråde har været et stort problem for kvalitet og effektiv bulkfabrikation, med potentiale til katastrofalt at kortslutte nanotråd-baserede enheder, men forskere i Kina har nu afsløret, hvorfor komponenterne klæber til hinanden.

De offentliggjorde deres arbejde den 27. december 2021 i Nano Research .

"Elektrostatisk kraft, kapillærkraft eller van der Waals kraft er alle blevet betragtet som drivkraft for selvtiltrækning i nanotråde, men årsagen forblev diskutabel på grund af eksperimentelle udfordringer," sagde førsteforfatter Junfeng Cui, Dr. Junfeng Cui, Key Laboratory for Precision og ikke-traditionel bearbejdningsteknologi fra Undervisningsministeriet, Dalian University of Technology.

Nanotråde tiltrækker hinanden i luften, men de er for små til at blive undersøgt grundigt uden mikroskopisk inspektion. Nanotråde afbildes typisk med et elektronmikroskop, som bruger en stråle af elektroner til at visualisere særligt små motiver – en variabel, der er svær at korrigere i et materiale, der er så følsomt over for elektroner som nanotråde.

Det er en catch-22:Forskerne har brug for mikroskopet for at se, hvordan ledningerne opfører sig, men mikroskopet ændrer deres adfærd. Så forskerne tog et skridt tilbage til det grundlæggende og brugte et optisk mikroskop. Selvom det ikke er i stand til at afsløre nær så mange detaljer som et elektronmikroskop, bruger et optisk mikroskop synligt lys, der ikke interfererer med nanotrådene.

Dernæst brugte de en bevægelig manipulator, der holdt et menneskeligt øjenbrynshår til at påføre lim på en nanotråd og fastgøre den til et underlag. Den resterende lim blev brugt til at fastgøre endnu en nanotråd til øjenbrynshåret. Begge nanotråde blev bragt i fokus i det optiske mikroskop.

"Vi var i stand til at måle afstanden mellem to individuelle nanotråde og relateret tiltrækningskraft i realtid," sagde Cui og forklarede, at de bestemte tiltrækningskraften ved at studere, hvordan nanotråden afbøjede fra sin stationære position. "De to nanotråde knyttet til hinanden øjeblikkeligt, når de var tæt nok på, hvilket kan tilskrives den elektrostatiske kraft."

Ligesom plastfolie, der klæber til en persons hånd, steg de forskelligt ladede elektroner i de to nanotråde, efterhånden som deres afstand blev mindre, og snappede til hinanden på tæt hold. Og ligesom plastfolie kræver det en vis kraft at adskille dem igen - van der Waals kraft, for at være præcis. En svag vekselvirkning mellem atomer i nærheden af ​​hinanden, van der Waals-kraften kan let brydes ved at udøve stærkere mekanisk kraft for at adskille materialerne.

"At sørge for en sikker afstand er nøglen til at undgå, at nanotråde klumper sig sammen og muligvis kortslutter, hvilket fører til katastrofale ulykker, især inden for rumfart og atomenergi - men på den anden side har selvtiltrækning af nanotråde et stort potentiale i sådanne applikationer som f.eks. nanotweezer eller nanoelektromekaniske kontakter," sagde Cui. "Forståelse af nanotrådes selvtiltrækning er nøglen til fremstilling af højkvalitets nanotråde og udvikling af højtydende nanotrådsbaserede enheder. Vores alsidige metode til at identificere og måle selvtiltrækning af nanotråde afslørede, at nanotrådes tiltrækningsadfærd kan kontrolleres, da vi håbede." + Udforsk yderligere

Forskere demonstrerer teknik til genbrug af nanotråde i elektronik