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  • Nanofili di germanio altamente conduttivi realizzati con un semplice, processo in un'unica fase

    Immagine al microscopio elettronico a scansione di nanofili di germanio elettrodepositati su un elettrodo di ossido di indio e stagno da una soluzione acquosa. Credito:Jay Switzer

    Per la prima volta, nanofili di germanio sono stati depositati su un substrato di ossido di indio e stagno mediante un semplice, processo in una fase chiamato elettrodeposizione.

    I nanofili di germanio prodotti con questo metodo hanno proprietà elettroniche superiori rispetto al silicio e possono essere utilizzati come materiale anodico ad alta capacità per batterie agli ioni di litio, ma i nanofili erano in precedenza troppo costosi e difficili da produrre. Questo processo può risolvere il problema dei costi per far progredire questa tecnologia della batteria.

    Il germanio è un semiconduttore che ha proprietà elettroniche superiori rispetto al silicio, ed è considerato un sostituto del silicio nella tecnologia dei semiconduttori. È anche un materiale anodico interessante per le batterie agli ioni di litio perché ha una grande capacità teorica di carica-scarica rispetto alla grafite e un'elevata diffusività degli ioni di litio a temperatura ambiente rispetto al silicio.

    I grandi cambiamenti di volume associati ai processi di carica-scarica richiedono che gli anodi siano realizzati con nanostrutture di germanio ad alta superficie. La mancanza di metodi semplici e poco costosi per produrre nanostrutture di germanio ha finora limitato il loro uso nelle applicazioni degli elettrodi per batterie. Ora, ricercatori della Missouri University of Science and Technology hanno dimostrato per la prima volta che i nanofili di germanio possono essere depositati da un semplice, processo in un'unica fase chiamato elettrodeposizione che potrebbe fornire un percorso a basso costo per fabbricare questi anodi. I nanofili sono stati cresciuti su un substrato di ossido di indio e stagno.

    Una riduzione elettrochimica produce minuscole nanoparticelle di indio sulla superficie dell'ossido di indio e stagno, che fungono da siti per la nucleazione e la cristallizzazione di nanofili di germanio. Il diametro del nanofilo può essere controllato dalla temperatura della soluzione:i fili cresciuti a temperatura ambiente hanno un diametro medio di 35 nanometri, mentre quelli cresciuti a 95°C hanno un diametro medio di 100 nanometri. I nanofili di germanio prodotti con questo metodo sono altamente conduttivi, perché contengono una piccola quantità di impurità di indio (~0,2 percento atomico), rendendoli ideali per applicazioni con batterie agli ioni di litio.


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