Växande Nanotrådar Avkastningen Horisontellt ny förmån

Published on September 28, 2010 at 7:32 PM

Medan förfina sin nya metod för att göra nanoskala ledningar, kemister vid National Institute of Standards and Technology (NIST) upptäckte en oväntad bonus-ett nytt sätt att skapa nanotrådar som ger ljus liknande den från lysdioder (LED).

Dessa "nano-lysdioder" en dag kan ha sina ljus-utsläpp förmågor sätts i arbete tjänar miniatyr enheter såsom nanogenerators eller lab-on-a-chip-system.

Grafisk illustrerar en enda rad av nanotrådar (cylindrar med röda toppar) med fin-formade nanowalls sträcker utåt. Den transmissionselektronmikroskop bilden visar fyra rader av nanotrådar och deras motsvarande nanowalls, med smeknamnet "nano lysdioder" eftersom de avger ljus när de elektriskt laddade. Avståndet över mikroskop är ungefär diametern på ett mänskligt hårstrå. Credit: NIST

Nanotrådar normalt "vuxit" genom den kontrollerade nedfallet av molekyler, zinkoxid, till exempel, från en gas till ett grundmaterial, en process som kallas kemisk förångningsdeposition (CVD). De flesta CVD metoder formuläret nanotrådar som reser sig lodrätt från ytan som borst. Eftersom kabeln bara kontakter underlaget i ena änden, tenderar det inte att dela egenskaper med substratmaterialet-mindre-än-föredra drag eftersom den exakta sammansättningen av nanotrådar blir då svårt att definiera. Vertikal tillväxt producerar också en tät skog av nanotrådar, vilket gör det svårt att hitta och placera om enskilda trådar av högsta kvalitet. För att åtgärda dessa brister, NIST kemister Babak Nikoobakht och Andrew Herzing utvecklat en "yta-styrd" metod för att odla nanotrådar horisontellt över underlaget (se "NIST Demos Industrial-Grade Nanowire Komponentframställning" NIST Tech Beat, 25 oktober 2007, kl http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2007_1025.htm # nanowire ).

Liksom många vertikala tillväxt CVD metoder använder NIST tillverkningstekniken guld som en katalysator för kristallbildning. Skillnaden är att guldet deponeras i NIST metoden är uppvärmd till 900 grader Celsius (1652 grader Fahrenheit) och omvandlar den till en nanopartiklar som fungerar som tillväxt webbplats och medium för kristallisering av zinkoxid molekyler. Som zinkoxid nanocrystal växer, det skjuter guld nanopartiklar längs ytan av substratet (i detta experiment, galliumnitrid) för att bilda en nanowire som växer horisontellt över substratet och så uppvisar egenskaper som påverkas starkt av sin bas material.

Under senare verk som publicerats i ACS Nano, ökad * Nikoobakht och Herzing tjockleken på guld katalysator nanopartiklar från mindre än 8 nanometer till cirka 20 nanometer. Förändringen resulterade i nanotrådar som växte en sekundär struktur, en haj-liknande "ryggfena" (kallad "nanowall") där zinkoxid delen elektron-rika och galliumnitrid delen elektron-fattiga. Gränssnittet mellan dessa två material känd som en pn heterojunction-tillåter elektroner att flyta över den när nanotrådar-nanowall kombination har belastats med el. I sin tur producerade förflyttning av elektroner ljus och ledde forskarna att dubba det en "nano LED."

Till skillnad från tidigare tekniker för att producera heterojunctions gör NIST "surface-riktade" tillverkningsmetod det lätt att hitta enskilda heterojunctions på ytan. Den här funktionen är särskilt användbar när ett stort antal heterojunctions skall grupperas i en array, så att de kan laddas elektriskt som en light-emitting enhet.

Transmissionselektronmikroskop (TEM) undersökning av zinkoxid-galliumnitrid nanotrådar och nanowalls avslöjade några strukturella brister i nanotrådar och mycket distinkta pn heterojunctions i nanowalls, både affirmationer av effektiviteten av NIST "i regi yta" tillverkning metoden.

Nikoobakht och Herzing hoppas att förbättra nano lysdioder i framtida experiment med bättre geometri och mönster material, och sedan använda dem i utvecklingen av ljuskällor och detektorer användbara i fotoniska komponenter eller lab-on-a-chip plattformar.

* B. Nikkoobakht och A. Herzing. Bildandet av plana matriser av endimensionella PN heterojunctions med flytande riktad tillväxt av nanotrådar och nanowalls. ACS Nano. Publicerad på nätet 15 september 2010.

Last Update: 3. October 2011 07:15

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit