(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies du Missouri ont développé ce qu'ils appellent « un méthode en une étape" pour faire croître des nanofils de germanium à partir d'une solution aqueuse. Leur procédé pourrait rendre plus réalisable l'utilisation du germanium dans les batteries lithium-ion.

Les chercheurs du Missouri S&T décrivent leur méthode dans « Electrodeposited Germanium Nanowires, " un article publié aujourd'hui (jeudi, 28 août 2014) sur le site de la revue ACS Nano . Leur approche en une seule étape pourrait conduire à une moyen moins coûteux de faire pousser des nanofils de germanium.

En tant que matériau semi-conducteur, le germanium est supérieur au silicium, dit le Dr Jay A. Switzer, le professeur Donald L. Castleman/Foundation for Chemical Research de Discover au Missouri S&T. Le germanium a même été utilisé dans les premiers transistors. Mais il est plus coûteux à traiter pour une utilisation généralisée dans les batteries, cellules solaires, transistors et autres applications, dit Switzer, qui est le chercheur principal du projet.

Switzer et son équipe ont réussi à faire pousser d'autres matériaux à l'échelle nanométrique par électrodéposition - un processus que Switzer compare à "la culture de cristaux de sucre candi sur une ficelle". Par exemple, dans un 2009 Chimie des Matériaux papier, Switzer et son équipe ont rapporté qu'ils avaient fait pousser des « nanolances » d'oxyde de zinc – chacune des centaines de fois plus petites que la largeur d'un cheveu humain – sur une plaquette de silicium monocristallin placée dans un bécher rempli d'une solution alcaline saturée d'ions zinc.

Mais cultiver du germanium au niveau nano n'est pas si simple. En réalité, l'électrodéposition dans une solution aqueuse telle que celle utilisée pour faire croître les nanolances d'oxyde de zinc "est thermodynamiquement impossible, " Switzer et son équipe expliquent dans leur article ACS Nano, "Nanofils de germanium électrodéposés."

Les chercheurs du Missouri S&T ont donc adopté une approche différente. Ils ont modifié un processus d'électrodéposition permettant de produire des nanofils de germanium à l'aide d'électrodes en métal liquide. Ce processus, développé par des chercheurs de l'Université du Michigan dirigés par le Dr Stephen Maldonado et connu sous le nom de procédé électrochimique liquide-liquide-solide (ec-LLS), implique l'utilisation d'un liquide métallique qui remplit deux fonctions :il agit comme une électrode pour provoquer l'électrodéposition ainsi qu'un solvant pour recristalliser les nanoparticules.

Switzer et son équipe ont appliqué le processus ec-LLS en réduisant électrochimiquement l'oxyde d'indium-étain (ITO) pour produire des nanoparticules d'indium dans une solution contenant du dioxyde de germanium, ou Ge(IV). "La nanoparticule d'indium en contact avec l'ITO sert d'électrode pour la réduction du Ge(IV) et dissout également le Ge réduit dans la particule, " rapporte l'équipe S&T du Missouri dans le ACS Nano papier. Le germanium "commence alors à cristalliser hors de la nanoparticule permettant la croissance du nanofil".

Les chercheurs du Missouri S&T ont testé l'effet de la température sur l'électrodéposition en faisant croître les nanofils de germanium à température ambiante et à 95 degrés Celsius (203 degrés Fahrenheit). Ils n'ont trouvé aucune différence significative dans la qualité des nanofils, bien que les nanofils cultivés à température ambiante aient des diamètres plus petits. Switzer pense que la capacité de produire les nanofils à température ambiante grâce à ce processus en une seule étape pourrait conduire à un moyen moins coûteux de produire le matériau.

"La conductivité élevée (des nanofils de germanium) les rend idéales pour les applications de batteries lithium-ion, " dit Switzer.