Liten allrounder – Nanotråder produsert under vakuum har et enormt potensial

Liten allrounder – Nanotråder produsert under vakuum har et enormt potensial

Halvleder-nanotråder kan bidra på mange områder, blant annet med å skape mer effektive solcellepaneler, raskere datamaskiner og mer presist medisinsk diagnostisk utstyr. Materialforskere dyrker dem ved å bruke veldig høye vakuumnivåer.
Nano-wire-semiconductor-3.jpg

Ledninger laget av jern, kobber eller stål er et praktisk materiale som menneskeheten har brukt siden middelalderens bronsealder. Nanotråder kan kun sammenliknes med ledninger i sin form. I tillegg til metall, kan nanotråd lages av semimetal eller rent karbon og syntetiseres i stedet for å trekkes ut av faste råvarer under produksjonen. Den avgjørende forskjellen er imidlertid størrelsen. Den er noen mikrometer lang på det meste, med en diameter på mellom fem og 100 nanometer. Et menneskehår er omtrent 50 000 nanometer tykt og virker til sammenligning som et tykt tau man kan finne på et skip.

Høy ytelse og allsidige byggesteiner

De lange strukturene ble oppdaget på begynnelsen av 1990-tallet. Vitenskapsfolk og materialforskere forsto raskt potensialet til slike lange gjenstander. De små bitene anses for eksempel som spesielt nyttige når det gjelder fremdriften av miniatyriseringen av elektronikk, og fører dem fra mikronivå til nanoskopisk nivå.

De ørsmå dimensjonene i nanoverdenen styres av veldig spesielle fysiske lover. Elektrisk strøm kan enklere kontrolleres i nanotråd enn i konvensjonelle materialer fordi elektroner beveger seg raskere, noe som er et viktig aspekt for å bygge innovative mikrobrikker eller rettere sagt nanobrikker. I fremtiden vil det sannsynligvis være mulig å bygge spesielt kraftige datamaskiner eller meget presise sensorer for medisinsk diagnostisk utstyr ved hjelp av nanotråd.

Fotoelektrisitet er enda et lovende bruksområde. Konvensjonelle solceller kan absorbere rundt 60 prosent av sollyset. Nanotråder satt sammen vil kunne absorbere 90 prosent. Ministrukturene kan også buntes og sende ut lys. Hvis de installeres i brikker, kan de brukes som små halvlederlasere.

Vakuum skaper miljø for ren vekst

Nanotråder må bestå av ekstremt rent materiale og være helt fri for forurensning for å kunne vise sine unike egenskaper. Dette er grunnen til at de produseres ved hjelp av meget høye vakuumnivåer. Busch er aktive også på dette området.

Først legges ulike atomer eller små molekyler på silikonplater. Halvlederkrystallene selvorganiserer seg og vokser oppover for å skape ønsket trådform. Det er til og med mulig å lage tilpassede halvleder-nanotråder med flere lag for spesifikke formål ved bruk av denne prosedyren. De enkelte lagene kan håndtere ulike oppgaver og i tillegg utvide de tekniske mulighetene. Forskningen er godt i gang.

Klassiske fysiske lover er på ingen måte så universelle som vi lenge har antatt. Da forskere dykket dypere ned i nanoverdenene, fant de noe overraskende: De krysset en terskel på 50 nanometer. Under den følger stoffer kvantefysiske lover.

Fordi nanopartikler er så små, er overflatearealet deres veldig stort sammenlignet med volumet. Disse relativt store overflatene gjør nanopartiklene mer utsatt for kjemiske reaksjoner. Treghetskrefter har ikke lenger like god innflytelse og effekten av overflatekrefter som Van der Waals-kraft øker. Overflateladninger og termodynamiske effekter som Browns bevegelse spiller også en rolle. Jo mindre partikkelen er, desto sterkere blir effekten.

Dette gir nanopartikler mange forskjellige optiske, magnetiske og elektriske egenskaper enn større partikler eller faste stoffer. Gull får for eksempel en mer rødlig tone i nanoverdenen. Vanndråper i nanostørrelse forblir stabile i timevis og kan til og med sveve i luften uten å fordampe. Karbonnanorør er ekstremt slitesterke og elastiske. De leder varme og kan, avhengig av strukturen, også lede strøm med minimale tap.


Abonner på nyhetsbrevet ‘World of Vacuum'!
Abonner nå og hold deg oppdatert med de siste fascinerende nyhetene fra vakuumverdenen.

ABONNER