Immagini al microscopio polarizzante nel tempo di un baffo che cresce da un fronte cristallizzato di o-terfenile. Si vede seguire una bolla sferica nella massa liquida. Credito:Università metropolitana di Tokyo
Gli scienziati della Tokyo Metropolitan University hanno scoperto il meccanismo alla base della rapida crescita di nanofili ultrasottili o "baffi" nei composti organici. I nanofili sono sia un'innovazione tecnologica desiderabile che un pericolo quando mettono in cortocircuito l'elettronica:capire come crescono è fondamentale per le applicazioni. Curiosamente, si è scoperto che i filamenti crescono da grandi fronti cristallini seguendo bolle di gas. È importante sottolineare che le impurità in tracce potrebbero sopprimere la formazione di bolle e la crescita dei baffi, consentendo il controllo sulla struttura cristallina.
I nanofili sono filamenti ultrasottili di materiale cristallino che promettono nuove entusiasmanti applicazioni nell'elettronica, nella catalisi e nella generazione di energia. Possono anche crescere spontaneamente dove non sono desiderati, superando le barriere isolanti e cortocircuitando i circuiti elettronici. Ottenere un controllo su come crescono è un problema tecnologico importante, ma il meccanismo esatto rimane sconosciuto.
Un team composto dalla professoressa Rei Kurita, dalla professoressa Marie Tani e da Takumi Yashima della Tokyo Metropolitan University ha esaminato la crescita dei cristalli nell'o-terfenile e nel salolo, entrambi composti organici tipici che mostrano cristalli di baffi, la rapida crescita di filamenti sottili dai fronti di materiale cristallino una volta raffreddato. A un'ispezione ravvicinata, hanno scoperto che ogni filamento presentava una minuscola bolla sulla punta. Sono riusciti a dimostrare che questa bolla non era solo un'impurità o semplicemente mescolata nell'aria, ma una minuscola capsula di gas dello stesso composto organico. Invece delle molecole nel liquido che si depositavano semplicemente su un fronte in crescita come nella normale crescita dei cristalli, si stavano trasferendo al gas all'interno della bolla prima di essere attaccate alla punta del filamento, un'immagine completamente diversa dall'immagine standard del congelamento nei liquidi. Ciò ha portato a una crescita senza precedenti che potrebbe anche essere riprodotta all'interno di sottili capillari di vetro per una crescita più controllata dei nanofili.
Affrontando la stessa formazione di bolle, il team ha scoperto che la grande differenza di densità tra cristallo e liquido in questi composti aveva un ruolo da svolgere. Ripetendo gli esperimenti in altri liquidi che non avevano una grande differenza, non hanno trovato crescita di baffi. Hanno pensato che il fronte cristallino fosse incline a ospitare grandi disomogeneità di densità, che alla fine portano alla cavitazione, la formazione spontanea di bolle di gas che danno vita ai baffi.
Avendo scoperto cosa causava la crescita del filamento, il team ha deciso di ottenere un certo controllo sul fenomeno sopprimendo la formazione di bolle. Hanno aggiunto una piccola quantità di impurità nel materiale per sopprimere la cavitazione. Abbastanza sicuro, quando le bolle sono scomparse, anche i baffi sono scomparsi, consentendo la crescita più lenta ma priva di baffi di grossi pezzi di materiale cristallino uniforme.
Con una sintonizzazione senza precedenti e una comprensione della fisica alla base del processo, il lavoro del team promette nuovi approcci per coltivare nanofilamenti per applicazioni tecnologiche e diverse strategie per salvaguardare l'elettronica e le batterie da cortocircuiti potenzialmente pericolosi innescati dai cristalli di baffi. La ricerca è pubblicata in Rapporti scientifici . + Esplora ulteriormente
