Nanotechnologia

Czyszczenie nanorurek poprawia ich wydajność

Naukowcy z Rice University w USA i Swansea University w Wielkiej Brytanii pokazali, jak można poprawić wydajność urządzeń nanoskalowych poprzez odkażanie stosowanych przez nich nanorurek węglowych. Ich badania wykazały, w jaki sposób najlepiej odbyć czyszczenie nanorurek i dlaczego ich właściwości elektryczne są zazwyczaj tak trudne do zmierzenia.

Podobnie jak w przypadku tradycyjnych przewodów, nanorurki półprzewodnikowe stają się coraz bardziej rezystujące na całej długości. Pomiar przewodnictwa nanorurek nigdy nie był jednak łatwy. Zespół badał podstawowe własności leżące u podstaw zmienności. Stwierdzono, że trudne do usunięcia zanieczyszczenia, takie jak pozostałości katalizatora żelaznego, węgla i wody, mogą mieć wpływ na wyniki badań przewodnictwa. Spalanie takich zanieczyszczeń może stworzyć nowe możliwości dla nanorurek w elektronice nanoskalowej.

Jak donosi czasopismo Nano Letters: wielowarstwowe nanorurki węglowe o średnicy od 40 do 200 nanorurek i długości do 30 mikronów zostały podgrzane próżniowo lub bombardowane jonami argonu w celu oczyszczenia ich powierzchni. Zespół testował pojedyncze nanorurki, dotykając ich dwoma sondami wolframowymi przyłączonymi do skanującego mikroskopu tunelowego, w celu oceny ilości cząsteczek przechodzących przez materiał.

Wyniki badań:

Jak się spodziewano, w przypadku czystych nanorurek opór znacznie wzrastał wraz ze wzrostem odległości. Pomiar był jednak wypaczony, gdy sondy natrafiły na zanieczyszczenia powierzchniowe, ponieważ zwiększają one natężenie pola elektrycznego na (końcówce). Gdy pomiary wykonywane były w odległości 4 mikronów od siebie, obszary zmniejszonej przewodności spowodowanej przez zanieczyszczenia nakładały się na siebie, co dodatkowo wpływało na wyniki pomiarów. Ogrzewanie nanorur w próżni powyżej 2000C zmniejszyło zanieczyszczenie powierzchni, ale nie wyeliminowało w wystarczającym stopniu niespójności. Dodatkowo, bombardowanie jonami argonu czyściło rury, ale powodowało spadek przewodności. Stwierdzono, że wyżarzanie próżniowe nanorurek w temperaturze 5000C na tyle zmniejszyło ilość zanieczyszczeń, by można było dokładnie zmierzyć opór.

Jeżeli nanorurki źródłowe są odkażone, należy umożliwić włączenie wymaganej przewodności przez umieszczenie styków we właściwym miejscu. Jeżeli styki na nanorurce są oddalone od siebie o mniej niż 1 mikron, wykazano, że właściwości elektroniczne nanorurki zmieniają się z przewodnika na półprzewodnik. Dzieje się tak ze względu na pokrywające się strefy uszczuplenia, które kurczą się. Mimo to pozostają obecne w czystych nanorurkach, co jest (potencjalnie ograniczającym wielkość czynnikiem urządzeń elektronicznych) opartych na nanorurkach. Jak powiedział badacz Andrew Barron: „Jeśli nanorurki mają być przewodnikiem nowej generacji, to dla urządzeń takich jak silniki i generatory oraz systemy zasilania. Potrzebne są tam spójne wyniki, od partii do partii i od próbki do próbki”.

 

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2018/1/29/cleaning-nanotubes-improves-their-efficiency
Źródło ilustracji: https://www.flickr.com/
Redaktor: Filip Elgert