Małe, ale uniwersalne – Nanodruty wytwarzane w warunkach próżniowych odznaczają się wielkim potencjałem

Małe, ale uniwersalne – Nanodruty wytwarzane w warunkach próżniowych odznaczają się wielkim potencjałem

Nanodruty półprzewodnikowe mogą przyczynić się do zwiększenia wydajności paneli słonecznych, szybkości pracy komputerów i precyzji diagnostycznych urządzeń medycznych. Materiałoznawcy uzyskują je przy zastosowaniu głębokiej próżni.
Nano-wire-semiconductor-3.jpg

Drut ciągniony z żelaza, miedzi lub stali jest praktycznym materiałem używanym przez ludzkość od okresu środkowej epoki brązu. Nanodrut jest podobny do niego wyłącznie w aspektach formy i nazwy. Nanodruty mogą być wytwarzane zarówno z metali, jak i półmetali lub czystego węgla. W procesie produkcji nie są ciągnione z surowców, a syntezowane. Jednak najważniejszą różnicą jest wielkość: mają długość do kilku mikrometrów przy średnicy 5–100 nanometrów. W porównaniu z nanodrutem ludzki włos o grubości około 50 000 nanometrów przypomina grubą linę okrętową.

Wysokowydajne i wszechstronne bloki konstrukcyjne

Długie struktury zostały odkryte na początku lat 90. XX wieku. Badacze i materiałoznawcy szybko dostrzegli potencjał tego rodzaju obiektów. Na przykład małe elementy są uznawane za szczególnie przydatne w rozwoju miniaturyzacji urządzeń elektronicznych, gdyż pozwalają na przejście z poziomu mikro do skali nanoskopowej.

Nanoświatem i jego małymi wymiarami rządzą bardzo szczególne prawa fizyki. Dzięki szybszemu ruchowi elektronów prąd elektryczny w nanodrucie jest lepiej kontrolowany niż w konwencjonalnych materiałach. Stanowi to ważny aspekt tworzenia innowacyjnych mikroukładów (chociaż lepszą nazwą mogą być „nanoukłady"). W przyszłości nanodruty prawdopodobnie umożliwią konstruowanie bardzo wydajnych komputerów lub niezwykle precyzyjnych czujników do urządzeń medycznych.

Kolejnym obiecującym obszarem zastosowań jest fotowoltaika. Konwencjonalne ogniwa słoneczne mogą wchłonąć około 60 procent światła słonecznego. Umieszczone obok siebie nanodruty są w stanie wchłonąć 90 procent światła. Ministruktury mogą również tworzyć wiązki światła i je emitować. Po zamontowaniu w układach scalonych mogą służyć jako małe lasery półprzewodnikowe.

Próżnia tworzy środowisko umożliwiające czysty wzrost

Aby nanodruty mogły wykazać się swoimi unikalnymi cechami, muszą być zbudowane z materiału o najwyższej czystości. Dlatego są one wytwarzane z wykorzystaniem głębokiej próżni. Firma Busch aktywnie działa również na tym polu.

Najpierw rozmaite atomy lub małe cząsteczki są wybijane w silikonowe płyty nośne. Następnie kryształy półprzewodników samoorganizują się i wzrastają, tworząc żądaną postać nanodrutu. Ta procedura umożliwia tworzenie niestandardowych, wielowarstwowych nanodrutów półprzewodnikowych przeznaczonych do określonych celów. Poszczególne warstwy mogą spełniać różne zadania, dodatkowo rozszerzając spektrum dostępnych możliwości technicznych. Badania są prowadzone z pełnym rozmachem.

Klasyczne prawa fizyki wcale nie są tak uniwersalne, jak przez długi czas sądziliśmy. Badacze zagłębiający się w małym świecie skali nanoskopowej po przekroczeniu progu 50 nanometrów zaobserwowali zadziwiające zjawiska. Poniżej tego progu substancje zachowują się zgodnie z prawami fizyki kwantowej.

Z powodu małych rozmiarów nanocząstek obszar ich powierzchni jest bardzo duży w porównaniu z objętością. Te względnie duże powierzchnie sprawiają, że nanocząstki są bardziej podatne na reakcje chemiczne. Siły bezwładności tracą znaczenie, natomiast wzrasta wpływ wywierany przez siły powierzchniowe takie jak siła van der Waalsa. Pojawiają się tam również ładunki powierzchniowe i efekty termodynamiczne takie jak ruchy Browna. Im mniejsza cząstka, tym silniejszy efekt.

Skutkuje to takimi własnościami optycznymi, magnetycznymi i elektrycznymi nanocząstek, które są wyraźnie odmienne od większych cząstek lub ciał stałych. Przykładowo, w nanoświecie złoto ma barwę od czerwonej do karmazynowej. Nanokrople wody pozostają stabilne przez godziny, a nawet mogą unosić się w powietrzu bez parowania. Nanorurki węglowe są niezwykle odporne elastyczne i odporne na rozerwanie. Przewodzą one ciepło, a w zależności od struktury mogą również przewodzić prąd elektryczny z minimalnymi stratami.


Subskrybuj biuletyn „World of Vacuum"!
Subskrybuj teraz, aby otrzymywać najnowsze ciekawe wiadomości z branży urządzeń próżniowych.

SUBSKRYBUJ