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使用SilvijaGradečak及其团队开发的新技术制造的纳米线可以沿着它们的长度具有不同的宽度,轮廓和成分,如此处所示,其中不同的颜色用于指示成分变化图像:Gradečak实验室麻省理工学院的研究人员团队开发了一种方式精确控制纳米线生长的宽度和成分通过能够生长为特定情况优化设计的复杂结构,研究人员相信这项技术将适用于各种未来应用,包括发光二极管和传感器纳米线 - 微观纤维可以在实验室“成长” - 今天是一个热门的研究课题,有各种潜在的应用,包括发光二极管(LED)和传感器现在,麻省理工学院的一个研究小组找到了一种精确控制宽度的方法

这些细小的股线在它们生长时的组成,使得生长复杂的结构成为可能最佳设计用于特定应用结果在麻省理工学院材料科学与工程助理教授SilvijaGradečak及其团队发表的一篇新论文中有所描述,该论文发表在Nano Letters Nanowires杂志上,因为结构具有如此微小的尺寸 - 只有几十纳米,或十亿分之一米的直径 - 可以具有与相同材料更大形式的非常不同的性质

这部分是因为在如此微小的尺度上,量子限制效应 - 基于电子的行为和材料中的声子 - 开始在材料的行为中发挥重要作用,这可以影响它如何传导电和热或与光相互作用此外,因为纳米线的体积表面积特别大,它们是Gradečak特别适合用作传感器,她说她的团队能够控制和改变博各种线材的尺寸和组成随着它们的生长纳米线通过使用“种子”粒子生长,金属纳米粒子决定纳米线的大小和组成通过调整生长纳米线所用的气体量,Gradečak和她的团队能够控制种子颗粒的大小和组成,因此控制纳米线的生长“我们能够同时控制这两种性质,”她说,虽然研究人员用氮化铟和铟进行纳米线生长实验氮化镓,他们说同样的技术可以应用于各种不同的材料这些纳米线太小,肉眼无法看到,但团队能够使用电子显微镜观察它们,根据生长过程调整他们对增长模式的了解使用一种称为电子断层扫描的过程,他们能够重建个体n的三维形状anoscale wires在最近发表在Nanoscale杂志上的一项相关研究中,该团队还使用了一种称为阴极发光的独特电子显微镜技术来观察从各个纳米线的不同区域发出的光的波长

精确结构的纳米线可以促进新一代半导体器件,Gradečak说,这种对纳米线几何形状和成分的控制可以使设备具有比由相同材料制成的传统薄膜器件更好的功能,她说,Gradečak和她的团队开发的材料的一个可能应用是LED灯泡,它具有比其他照明替代品更耐用,更节能LED产生的最重要的光线颜色是蓝色和紫外线范围;麻省理工学院集团生产的氧化锌和氮化镓纳米线可以非常有效地以低成本生产这些颜色,她说虽然LED灯泡现在可以买到,但它们相对昂贵“对于日常应用来说,高成本是一个障碍”, Gradečak说这种新方法的一大优势是它可以使用更便宜的基板材料 - 这是此类器件成本的主要部分,目前通常使用蓝宝石或碳化硅衬底纳米线器件有可能成为她说,这种纳米线还可以在太阳能收集器中找到应用于低成本太阳能电池板的应用 能够在线材生长时控制线材的形状和成分,可以生产出非常有效的集电极:单根线材形成无缺陷的单晶,减少了传统太阳能电池结构中的缺陷造成的能量损失

控制纳米线的精确尺寸,可以控制它们被“调谐”到哪个波长的光,用于在LED中产生光或用于在太阳能电池板中收集光

由具有不同直径的纳米线制成的复杂结构也可以是有用的在新的热电装置中捕获废热并将其转化为有用的电力通过改变电线沿其长度的成分和直径,可以生产导电良好但散热不良的电线 - 这种组合在大多数情况下难以实现材料,但是有效的热电发电系统的关键纳米线可以使用已经由semic使用的工具生产该团队表示,该设备应该相对容易为大规模生产做准备,该团队表示,乔治亚理工学院材料科学与工程的董事教授和Hightower主席钟林,表示能够控制纳米线的结构和组成“对于控制它们的纳米级特性非常重要”这些材料的“微调”“开启了制造可能具有优异性能的新型光电器件的可能性”除了Gradečak,纳米Letters paper由麻省理工学院研究生Sam Crawford,Sung Keun Lim博士11和法国格勒诺布尔研究与技术组织CEA-Leti的研究员Georg Haberfehlner共同撰写

纳米级论文由麻省理工学院研究生周翔共同撰写, Megan Brewster博士11和博士后Ming-Yen Lu这项工作得到了麻省理工学院激励学中心的支持,美国Ener部门gy,麻省理工学院 - 法国MISTI项目和国家科学基金会资料来源:David L Chandler,麻省理工学院新闻办公室图片:Gradečak实验室

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