Minuscoli tuttofare – I nanofili prodotti sottovuoto hanno un potenziale enorme

Minuscoli tuttofare – I nanofili prodotti sottovuoto hanno un potenziale enorme

Pannelli solari più efficaci, computer più veloci, apparecchiature medicali diagnostiche più precise: i nanofili semiconduttori potrebbero contribuire a tutto questo. Gli scienziati dei materiali li hanno fabbricati con livelli di vuoto molto elevati.
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Il filo metallico estratto da ferro, rame o acciaio è un materiale pratico che l'uomo usa sin dall'Età media del Bronzo. I nanofili sono simili solo nella forma e nel nome. Oltre al metallo, i nanofili possono essere realizzati anche in semimetallo o carbonio puro e vengono sintetizzati anziché essere estratti dalle materie prime grezze durante la produzione. La principale differenza, tuttavia, è la dimensione: vari micrometri di lunghezza al massimo, con un diametro compreso tra 5 e 100 nanometri. Un capello umano ha uno spessore di circa 50.000 nanometri e, in confronto, ha l'aspetto di una grossa fune di un'imbarcazione.

Elementi portanti dalle prestazioni elevate e versatili

Le lunghe strutture sono state scoperte nei primi anni '90 del secolo scorso. I ricercatori e gli scienziati dei materiali riconobbero ben presto il potenziale di questi lunghi oggetti. Ad esempio, i minuscoli frammenti sono considerati particolarmente utili per la sperimentazione della miniaturizzazione della componentistica elettronica, portandoli dal livello micro alla nanoscala.

Le minuscole dimensioni del nanomondo sono governate da leggi fisiche molto particolari. La corrente elettrica può essere controllata più facilmente nei nanofili rispetto ai materiali tradizionali perché gli elettroni si spostano più rapidamente, un aspetto importante per la costruzione di innovativi microchip o piuttosto nanochip. In futuro, sarà probabilmente possibile costruire computer particolarmente potenti o sensori di alta precisione per le apparecchiature medicali diagnostiche grazie all'uso di nanofili.

Il fotovoltaico rappresenta un'ulteriore area di applicazione promettente. Le tradizionali celle solari sono in grado di assorbire circa il 60% della luce solare. I nanofili affiancati l'uno all'altro potrebbero assorbirne il 90%. Le mini strutture possono anche raccogliere ed emettere luce. Se installati in chip, potrebbero essere utilizzate come piccoli laser semiconduttori.

Il vuoto definisce l'ambiente per la crescita pura

I nanofili devono essere composti da materiale estremamente puro, privo di qualsiasi contaminazione per poter mostrare le loro caratteristiche uniche. Questo è il motivo per cui sono prodotti con livelli di vuoto estremamente elevati. Busch è attiva anche in questo campo.

Innanzitutto, vari atomi o piccole molecole vengono sparati sulle piastre di supporto in silicio. I cristalli semiconduttori quindi si auto-organizzano e allungano verso l'alto per creare la forma del filo desiderata. Questa procedura consente persino di creare nanofili semiconduttori multistrato personalizzati per scopi specifici. I singoli strati possono gestire vari compiti e anche ampliare le possibilità tecniche. La ricerca è in pieno svolgimento.

Le classiche leggi della fisica non sono affatto universali come si è pensato per tanto tempo. Man mano che i ricercatori svelano sempre più misteri sul microscopico mondo della nanoscala, scoprono risultati sorprendenti: hanno oltrepassato la soglia di 50 nanometri. Sotto di essa, le sostanze seguono le leggi della fisica quantistica.

Viste le dimensioni estremamente ridotte delle nanoparticelle, la superficie è molto ampia rispetto al loro volume. Queste superfici relativamente ampie rendono le nanoparticelle più inclini alle reazioni chimiche. Le forze inerziali perdono la propria influenza mentre l'effetto delle forze superficiali come la forza di Van der Waals aumenta. La superficie si carica e anche gli effetti termodinamici come il movimento browniano svolgono un ruolo determinante: più piccola è la particella, più forte è l'effetto.

Questo conferisce alle nanoparticelle proprietà ottiche, magnetiche ed elettriche molto diverse rispetto alle particelle più grandi o ai solidi. Ad esempio, l'oro brilla di una luce che va dal rosso al cremisi nel nanomondo. Le goccioline di acqua nanometriche rimangono stabili per ore e possono persino rimanere sospese in aria senza evaporare. I nanotubi di carbonio sono estremamente resistenti agli strappi ed elastici. Conducono il calore e, a seconda della struttura, sono anche in grado di condurre la corrente con perdite minime.


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