Malý univerzální prostředek – Nanodráty vyrobené ve vakuu mají obrovský potenciál

Malý univerzální prostředek – Nanodráty vyrobené ve vakuu mají obrovský potenciál

Účinnější solární panely, rychlejší počítače, přesnější lékařské diagnostické vybavení – polovodičové nanodráty by mohly přispět k výrobě všeho výše uvedeného. Vědci je vyrábí za použití velmi vysokých hladin vakua.
Nano-wire-semiconductor-3.jpg

Dráty tažené ze železa, mědi nebo oceli jsou praktickým materiálem, který lidstvo používá již od střední doby bronzové. Nanodrát si je podobný pouze tvarem a názvem. Kromě kovu lze nanodrát vyrobit také z polokovu nebo čistého uhlíku a získává se syntézou namísto tažením z pevných nezpracovaných materiálů během výroby. Zásadním rozdílem je nicméně velikost: na délku má nanejvýš několik mikrometrů a v průměru mezi pěti a 100 nanometry. Lidský vlas má tloušťku přibližně 50 000 nanometrů a, na rozdíl od nich vypadá jako silné lano, které se používá na lodích.

Vysoce výkonné a univerzální stavební bloky

Tyto dlouhé struktury byly objeveny na začátku 90. let 20. století. Výzkumníci a materiáloví vědci brzy rozpoznali potenciál takto dlouhých objektů. Tyto drobné kousíčky jsou například považovány za mimořádně přínosný prvek při miniaturizaci elektroniky a díky nim je možné přesunout výrobní dimenzi z mikro na nano úroveň.

Takto miniaturní rozměry nanosvěta se řídí velmi specifickými fyzikálními zákony. V nanodrátu lze mnohem snadněji usměrňovat elektrický proud, než jak tomu je u běžných materiálů, protože elektrony se pohybují vyšší rychlostí – důležitý aspekt pro výrobu inovativních mikročipů nebo raději nanočipů. V budoucnosti bude pravděpodobně možné vyrábět výkonné počítače nebo vysoce přesné senzory pro lékařské diagnostické vybavení za použití nanodrátů.

Další slibnou oblast použití představuje fotovoltaika. Běžné solární panely jsou schopny pohlcovat přibližně 60 procent slunečního záření. Nanodráty uložené jeden vedle druhého jsou schopny absorbovat 90 procent. Tyto ministruktury jsou také schopny svazkovat a vyzařovat světlo. Při instalaci do čipů by bylo možné je používat jako malé polovodičové lasery.

Vakuum vytváří prostředí pro čistý růst

Nanodráty musí být vyrobeny z extrémně čistého materiálu, který není jakkoli znečištěn, aby mohly prokázat své unikátní vlastnosti. Z tohoto důvodu se vyrábí za použití velmi vysokých hladin vakua. Busch je aktivní také v této oblasti.

Nejprve jsou na křemíkové nosné destičky vystřeleny různé atomy nebo malé molekuly. Následně se samostatně uspořádají polovodičové krystaly a narostou směrem do výšky, aby vytvořily požadovaný tvar drátu. Za použití tohoto postupu lze dokonce vytvořit na míru ušité několikavrstvé polovodičové nanodráty pro specifické účely. Jednotlivé vrstvy jsou schopny vykonávat různé úkoly a navíc rozšiřovat technické možnosti. Výzkum je v tomto ohledu v plném proudu.

Klasické zákony fyziky nejsou v žádném případě tak univerzální, jak se dlouho předpokládalo. Čím se výzkumníci dostávali stále hlouběji do drobného světa nanoskopického rozměru, přišli na překvapivou věc: překročili práh 50 nanometrů. Pod tímto prahem se látky chovají podle zákonů kvantové fyziky.

Vzhledem k tomu, že jsou nanočástice tak malé, je jejich povrch velmi velký ve srovnání s jejich objemem. Díky takto poměrně velkému povrchu jsou nanočástice citlivější na chemické reakce. Inertní síly ztrácí svůj účinek, zatímco efekt povrchových sil, jako například Van der Waalsovy síly, narůstá. Svoji roli hrají také povrchové náboje a termodynamické efekty jako Brownův pohyb – čím je částice menší, tím je efekt silnější.

To umožňuje nanočásticím získat mnohem odlišnější optické, magnetické a elektrické vlastnosti, než je tomu u větších částic nebo pevných látek. Například zlato září v nanosvětě odstínem červené až karmínově červené. Kapky vody v nano velikosti zůstávají bez pohybu celé hodiny a dokonce se mohou vznášet ve vzduchu i bez vypařování. Uhlíkové nanotrubice jsou extrémně odolné vůči roztržení a jsou elastické. Vedou teplo a podle struktury mohou vést dokonce proud s minimálními ztrátami.


Přihlaste se k odběru zpravodaje ‘World of Vacuum'!
Přihlaste se nyní k odběru a budete neustále seznamováni s posledními fascinujícími novinkami ve světě vakua.

PŘIHLÁSIT K ODBĚRU