Un equipo de ingenieros de la Universidad de Pensilvania ha transformado nanocables simples en materiales y circuitos reconfigurables. demostrando una novela, Método de autoensamblaje para crear químicamente estructuras a nanoescala que no son posibles de crecer u obtener de otra manera.

El equipo de investigación usando solo reactivos químicos, transformó nanocables semiconductores en una variedad de útiles, Materiales a nanoescala que incluyen tiras de metal a nanoescala con franjas periódicas y patrones semiconductores, nanocables puramente metálicos, heteroestructuras radiales y nanotubos semiconductores huecos además de otras morfologías y composiciones.

Los investigadores utilizaron intercambio iónico, una de las dos técnicas más comunes para la transformación en fase sólida de nanoestructuras. Las reacciones de intercambio de iones (cationes / aniones) intercambian iones positivos o negativos y se han utilizado para modificar la composición química de los nanocristales inorgánicos, así como crear estructuras de superrejilla de semiconductores. Es el proceso químico, por ejemplo, que hace que el agua dura sea blanda en muchos hogares estadounidenses.

Aplicaciones futuras de nanomateriales en electrónica, catálisis, la fotónica y la bionanotecnología están impulsando la exploración de enfoques sintéticos para controlar y manipular la composición química, estructura y morfología de estos materiales. Para realizar todo su potencial, es deseable desarrollar técnicas que puedan transformar los nanocables en morfologías sintonizables pero controladas con precisión, especialmente en la fase gaseosa, para ser compatible con los esquemas de crecimiento de nanocables. La Asamblea, sin embargo, es un proceso costoso y laborioso que prohíbe la producción rentable de estos materiales.

Investigaciones recientes en el campo han permitido la transformación de nanomateriales a través de reacciones químicas en fase sólida en no equilibrio. o estructuras funcionales que no se pueden obtener de otra manera.

En este estudio, los investigadores transformaron nanocables de sulfuro de cadmio monocristalinos en nanocables de composición controlada, heteroestructuras núcleo-capa, superredes metal-semiconductoras, nanotubos monocristalinos y nanocables metálicos mediante la utilización de reacciones de intercambio catiónico dependientes del tamaño junto con la temperatura y el control de la entrega de reactantes en fase gaseosa. Este versátil, La capacidad sintética para transformar nanocables ofrece nuevas oportunidades para estudiar fenómenos dependientes del tamaño a nanoescala y ajustar sus propiedades químicas / físicas para diseñar circuitos reconfigurables.

Los investigadores también encontraron que la velocidad del proceso de intercambio catiónico estaba determinada por el tamaño del nanoalambre inicial y que la temperatura del proceso afectaba el producto final. agregando nueva información a las condiciones que afectan las velocidades de reacción y el ensamblaje.

"Es casi mágico que una nanoestructura semiconductora de un solo componente se convierta en una superrejilla binaria de semiconductores de metal, un nanotubo completamente hueco pero monocristalino e incluso un material puramente metálico, "dijo Ritesh Agarwal, profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Penn. "Lo importante aquí es que estas transformaciones no pueden tener lugar en materiales a granel donde las velocidades de reacción son increíblemente lentas o en nanocristales muy pequeños donde las velocidades son demasiado rápidas para ser controladas con precisión. Estas transformaciones únicas tienen lugar a 5-200 nanómetros de longitud escalas donde las tasas se pueden controlar con mucha precisión para permitir productos tan intrigantes. Ahora estamos trabajando con teóricos y diseñando nuevos experimentos para desentrañar esta 'magia' a nanoescala ".

La revelación fundamental de este estudio es una mayor aclaración de los fenómenos químicos a nanoescala. El estudio también proporciona nuevos datos sobre cómo los fabricantes pueden ensamblar estos pequeños circuitos, conectando eléctricamente estructuras a nanoescala a través del autoensamblaje químico.

También abre nuevas posibilidades para la transformación de materiales a nanoescala en las herramientas y circuitos del futuro, por ejemplo, Contactos eléctricos autoensamblables a nanoescala a componentes individuales a nanoescala, dispositivos electrónicos y fotónicos más pequeños, como una serie de puntos cuánticos conectados eléctricamente para LED o transistores, así como capacidades de almacenamiento mejoradas para baterías.

Más información: El estudio ha sido publicado en la edición actual de la revista Nano letras .

Fuente:Universidad de Pensilvania (noticias:web)