Un team di ingegneri dell'Università della Pennsylvania ha trasformato semplici nanocavi in ​​materiali e circuiti riconfigurabili, mostrare un romanzo, metodo autoassemblante per la creazione chimica di strutture su nanoscala che non è possibile coltivare o ottenere altrimenti.

Il gruppo di ricerca, utilizzando solo reagenti chimici, trasformato nanofili semiconduttori in una varietà di utili, materiali su scala nanometrica, comprese strisce metalliche su scala nanometrica con strisce periodiche e modelli semiconduttori, nanofili puramente metallici, eterostrutture radiali e nanotubi semiconduttori cavi oltre ad altre morfologie e composizioni.

I ricercatori hanno utilizzato lo scambio ionico, una delle due tecniche più comuni per la trasformazione in fase solida delle nanostrutture. Le reazioni di scambio ionico (catione/anione) scambiano ioni positivi o negativi e sono state utilizzate per modificare la composizione chimica dei nanocristalli inorganici, oltre a creare strutture a superreticolo a semiconduttore. È il processo chimico, Per esempio, che rende dolce l'acqua dura in molte famiglie americane.

Applicazioni future dei nanomateriali in elettronica, catalisi, la fotonica e la bionanotecnologia stanno guidando l'esplorazione di approcci sintetici per controllare e manipolare la composizione chimica, struttura e morfologia di questi materiali. Per realizzare il loro pieno potenziale, è auspicabile sviluppare tecniche in grado di trasformare i nanofili in morfologie sintonizzabili ma controllate con precisione, soprattutto in fase gassosa, essere compatibile con gli schemi di crescita dei nanofili. L'assemblea, però, è un processo costoso e laborioso che vieta la produzione economicamente vantaggiosa di questi materiali.

Recenti ricerche nel campo hanno consentito la trasformazione di nanomateriali tramite reazioni chimiche in fase solida in non equilibrio, o strutture funzionali non ottenibili altrimenti.

In questo studio, i ricercatori hanno trasformato nanofili di solfuro di cadmio monocristallino in nanofili a composizione controllata, eterostrutture core-shell, superreticoli metallo-semiconduttore, nanotubi monocristallini e nanofili metallici utilizzando reazioni di scambio cationico dipendenti dalle dimensioni insieme al controllo della consegna dei reagenti in fase gassosa e della temperatura. Questo versatile, la capacità sintetica di trasformare i nanofili offre nuove opportunità per studiare i fenomeni dipendenti dalle dimensioni su scala nanometrica e sintonizzare le loro proprietà chimico/fisiche per progettare circuiti riconfigurabili.

I ricercatori hanno anche scoperto che la velocità del processo di scambio cationico era determinata dalla dimensione del nanofilo di partenza e che la temperatura del processo influenzava il prodotto finale, aggiungendo nuove informazioni alle condizioni che influenzano le velocità di reazione e l'assemblaggio.

"È quasi come per magia che una nanostruttura di semiconduttore monocomponente venga convertita in un superreticolo binario di semiconduttori di metallo, un nanotubo completamente cavo ma monocristallino e anche un materiale puramente metallico, " disse Ritesh Agarwal, professore assistente presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Penn. "La cosa importante qui è che queste trasformazioni non possono avvenire in materiali sfusi dove le velocità di reazione sono incredibilmente lente o in nanocristalli molto piccoli dove le velocità sono troppo veloci per essere controllate con precisione. Queste trasformazioni uniche avvengono a 5-200 nanometri di lunghezza. scale in cui i tassi possono essere controllati in modo molto accurato per consentire prodotti così intriganti. Ora stiamo lavorando con teorici e progettando nuovi esperimenti per svelare questa "magia" su scala nanometrica".

La rivelazione fondamentale in questo studio è un ulteriore chiarimento dei fenomeni chimici su scala nanometrica. Lo studio fornisce anche nuovi dati su come i produttori possono assemblare questi piccoli circuiti, connessione elettrica di strutture su nanoscala attraverso l'autoassemblaggio chimico.

Apre inoltre nuove possibilità per la trasformazione dei materiali su scala nanometrica negli strumenti e nei circuiti del futuro, Per esempio, contatti elettrici autoassemblanti su nanoscala per singoli componenti su nanoscala, dispositivi elettronici e fotonici più piccoli come una serie di punti quantici collegati elettricamente per LED o transistor, nonché una migliore capacità di stoccaggio per le batterie.

Maggiori informazioni: Lo studio è stato pubblicato nell'ultimo numero della rivista Nano lettere .

Fonte:Università della Pennsylvania (notizie:web)