Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Pennsylvanie a transformé de simples nanofils en matériaux et circuits reconfigurables, démonstration d'un roman, méthode d'auto-assemblage pour créer chimiquement des structures nanométriques qu'il n'est pas possible de faire croître ou d'obtenir autrement.

L'équipe de recherche, en utilisant uniquement des réactifs chimiques, transformé les nanofils semi-conducteurs en une variété de produits utiles, matériaux nanométriques comprenant des bandes métalliques nanométriques avec des rayures périodiques et des motifs semi-conducteurs, nanofils purement métalliques, des hétérostructures radiales et des nanotubes semi-conducteurs creux en plus d'autres morphologies et compositions.

Les chercheurs ont utilisé l'échange d'ions, l'une des deux techniques les plus courantes pour la transformation en phase solide de nanostructures. Les réactions d'échange d'ions (cation/anion) échangent des ions positifs ou négatifs et ont été utilisées pour modifier la composition chimique des nanocristaux inorganiques, ainsi que de créer des structures de super-réseaux semi-conducteurs. C'est le processus chimique, par exemple, qui adoucit l'eau dure dans de nombreux foyers américains.

Applications futures des nanomatériaux en électronique, catalyse, la photonique et la bionanotechnologie conduisent l'exploration d'approches synthétiques pour contrôler et manipuler la composition chimique, structure et la morphologie de ces matériaux. Pour réaliser leur plein potentiel, il est souhaitable de développer des techniques capables de transformer les nanofils en morphologies accordables mais précisément contrôlées, surtout en phase gazeuse, être compatible avec les schémas de croissance des nanofils. L'Assemblée, cependant, est un processus coûteux et à forte intensité de main-d'œuvre qui interdit la production rentable de ces matériaux.

Des recherches récentes dans le domaine ont permis la transformation de nanomatériaux via des réactions chimiques en phase solide en non-équilibre, ou des structures fonctionnelles qui ne peuvent être obtenues autrement.

Dans cette étude, les chercheurs ont transformé des nanofils de sulfure de cadmium monocristallin en nanofils à composition contrôlée, hétérostructures cœur-coquille, super-réseaux métalliques-semi-conducteurs, nanotubes monocristallins et nanofils métalliques en utilisant des réactions d'échange de cations dépendant de la taille ainsi qu'un contrôle de la livraison des réactifs en phase gazeuse et de la température. Ce polyvalent, la capacité de synthèse à transformer les nanofils offre de nouvelles opportunités pour étudier les phénomènes dépendants de la taille à l'échelle nanométrique et ajuster leurs propriétés chimiques/physiques pour concevoir des circuits reconfigurables.

Les chercheurs ont également découvert que la vitesse du processus d'échange de cations était déterminée par la taille du nanofil de départ et que la température du processus affectait le produit final, ajouter de nouvelles informations aux conditions qui affectent les vitesses de réaction et l'assemblage.

"C'est presque comme par magie qu'une nanostructure semi-conductrice à un seul composant soit convertie en un super-réseau binaire métal-semi-conducteur, un nanotube complètement creux mais monocristallin et même un matériau purement métallique, " dit Ritesh Agarwal, professeur adjoint au Département de science et génie des matériaux de Penn. "L'important ici est que ces transformations ne peuvent pas avoir lieu dans des matériaux en vrac où les vitesses de réaction sont incroyablement lentes ou dans de très petits nanocristaux où les vitesses sont trop rapides pour être contrôlées avec précision. Ces transformations uniques ont lieu à une longueur de 5 à 200 nanomètres. échelles où les taux peuvent être contrôlés très précisément pour permettre des produits aussi intrigants. Maintenant, nous travaillons avec des théoriciens et concevons de nouvelles expériences pour démêler cette "magie" à l'échelle nanométrique. "

La révélation fondamentale de cette étude est une clarification supplémentaire des phénomènes chimiques à l'échelle nanométrique. L'étude fournit également de nouvelles données sur la façon dont les fabricants peuvent assembler ces petits circuits, connecter électriquement des structures nanométriques par auto-assemblage chimique.

Il ouvre également de nouvelles possibilités pour la transformation des matériaux nanométriques en outils et circuits du futur, par exemple, contacts électriques nanométriques auto-assemblés à des composants nanométriques individuels, des dispositifs électroniques et photoniques plus petits tels qu'une série de points quantiques connectés électriquement pour des LED ou des transistors, ainsi que des capacités de stockage améliorées pour les batteries.

Plus d'information: L'étude a été publiée dans le dernier numéro de la revue Lettres nano .

Source :Université de Pennsylvanie (actualité :web)