Allrounder in het klein – Enorm potentieel voor onder vacuüm geproduceerde nanodraden

Allrounder in het klein – Enorm potentieel voor onder vacuüm geproduceerde nanodraden

Effectievere zonnepanelen, snellere computers, preciezere medische diagnostische apparatuur: halfgeleidernanodraden zouden hier allemaal een bijdrage aan kunnen leveren. Materiaalwetenschappers kweken ze met behulp van zeer hoge vacuümniveaus.
Nano-wire-semiconductor-3.jpg

Draad getrokken uit ijzer, koper of staal is een praktisch materiaal dat de mensheid sinds de Midden Bronstijd gebruikt. Nanodraad is hieraan alleen gelijk in vorm en naam. Naast metaal kan nanodraad ook worden gemaakt van een halfmetaal of zuivere koolstof en wordt hierbij gesynthetiseerd, in plaats van bij de productie uit vaste grondstoffen te worden getrokken. Het cruciale verschil is echter de grootte: maximaal enkele micrometers lang, met een diameter tussen de vijf en 100 nanometer. Een menselijke haar is ongeveer 50.000 nanometer dik en lijkt in vergelijking daarmee een dik touw van bijvoorbeeld een schip.

Hoogwaardige en veelzijdige bouwstenen

De lange structuren werden ontdekt in het begin van de jaren negentig. Onderzoekers en materiaalwetenschappers herkenden al snel het potentieel van zulke lange objecten. Zo worden de kleine fragmenten beschouwd als bijzonder nuttig bij de verkleining van elektronica, waarbij ze van micro- naar nanoniveau worden teruggebracht.

De kleine afmetingen van de nanowereld worden beheerst door zeer bijzondere natuurkundige wetten. Elektrische stroom kan gemakkelijker worden geregeld in nanodraad dan in conventionele materialen omdat elektronen sneller bewegen; een belangrijk aspect voor het bouwen van innovatieve microchips of beter gezegd nanochips. In de toekomst zal het waarschijnlijk mogelijk zijn om met behulp van nanodraden bijzonder krachtige computers of zeer nauwkeurige sensoren voor medische diagnostische apparatuur te bouwen.

Fotovoltaïsche energie is een ander veelbelovend toepassingsgebied. Conventionele zonnecellen kunnen ongeveer 60 procent van het zonlicht absorberen. Nanodraden die naast elkaar worden geplaatst, kunnen 90 procent absorberen. De ministructuren kunnen ook licht bundelen en uitstralen. Als ze in chips worden geïnstalleerd, kunnen ze worden gebruikt als kleine halfgeleiderlasers.

Vacuüm creëert een groeiomgeving bij uitstek

Nanodraden moeten bestaan uit zeer zuiver materiaal, vrij van enige verontreiniging, om zo hun unieke eigenschappen te behouden. Daarom worden ze gemaakt onder een zeer hoog vacuümniveau. Busch is ook actief op dit gebied.

Eerst worden verschillende atomen of kleine moleculen op silicium dragerplaten geschoten. De halfgeleiderkristallen vormen zich vervolgens zelf en groeien naar boven om de gewenste draadvorm te creëren. Het is zelfs mogelijk om met deze procedure aangepaste halfgeleidernanodraden met meerdere lagen voor specifieke doeleinden te maken. De afzonderlijke lagen kunnen verschillende taken uitvoeren en bieden bovendien meer technische mogelijkheden. Het onderzoek is in volle gang.

De klassieke natuurkundige wetten zijn lang niet zo universeel als we eerder veronderstelden. Toen de onderzoekers zich verder verdiepten in de kleine nanowereld, vonden ze iets verrassends: ze gingen voorbij de drempel van 50 nanometer. Daaronder volgen stoffen wetten van de kwantummechanica.

Omdat nanodeeltjes zo klein zijn, is hun oppervlakte zeer groot in vergelijking met hun volume. Deze relatief grote oppervlakken maken de nanodeeltjes gevoeliger voor chemische reacties. Traagheidskrachten verliezen hun invloed terwijl het effect van oppervlaktekrachten, zoals de vanderwaalskracht, toeneemt. Oppervlaktelading en thermodynamische effecten zoals de brownse beweging spelen ook een rol: hoe kleiner het deeltje, hoe sterker het effect.

Dit geeft nanodeeltjes veel andere optische, magnetische en elektrische eigenschappen dan grotere deeltjes of vaste stoffen. Goud glanst in de nanowereld bijvoorbeeld rood tot karmijnrood. Nano-waterdruppels blijven urenlang stabiel en kunnen zelfs in de lucht zweven zonder te verdampen. Koolstofnanobuizen zijn zeer scheurbestendig en elastisch. Ze geleiden warmte en kunnen, afhankelijk van de structuur, ook stroom geleiden met minimaal verlies.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN