دستکاری نانولوله های کربنی مسیرهای تازه ای برای الکترونیک نسل آینده باز می کند
نیازگاه: دانشمندان با دستکاری نانولوله های کربنی، مسیر جدیدی برای ساخت نیمه هادی های پیشرفته باز کردند. محققان دانشگاه دوک موفق به توسعه روشی شده اند که می تواند نانولوله های کربنی را از حالت فلزی به حالت نیمه هادی تغییر داده و مجدداً به حالت اولیه بازگرداند. این پروسه بوسیله پوشاندن نانولوله ها با یک پلیمر نواری به انجام می رسد.
به گزارش نیازگاه به نقل از ایسنا، این نانولوله ها که ظاهری شبیه به توری های سیمی دارند، ساختاری بسیار کوچک و در حد اتمی دارند، اما در آینده می توانند در ساخت تجهیزاتی همچون دوربین های دید در شب، سنسورهای حرکتی و سلول های خورشیدی با راندمان بالاتر مورد استفاده قرار گیرند. این پیشرفت، حاصل تحقیقاتی است که در دانشگاه دوک انجام شده است.
نانولوله های کربنی برای نخستین بار در اوایل دهه ۱۹۹۰ کشف شدند. این ساختارها از صفحات منفرد اتم های کربن تشکیل شده اند که به شکل استوانه ای لوله شده اند. خصوصیت های استثنایی این نانولوله ها آنها را به یکی از مواد اعجاب انگیز قرن تبدیل نموده است. این استوانه های ریز نه تنها استحکامی بیشتر از فولاد دارند، بلکه به اندازه ای نازک هستند که ضخامت ۵۰ هزار عدد از آنها معادل یک تار موی انسان خواهد بود.
خصوصیت منحصربه فرد دیگر این نانولوله ها، رسانایی بسیار بالای آنها در انتقال الکتریسیته و حرارت است. به همین دلیل، از مدت ها پیش، نانولوله های کربنی بعنوان جایگزینی برای سیلیکون در صنعت الکترونیک معرفی شده اند، چونکه امکان ساخت مدارهایی سریع تر، کوچک تر و کارآمدتر را فراهم می کنند.
علیرغم این خصوصیت های منحصربه فرد، تولید نانولوله هایی با خواص مشخص، چالشی بزرگ بحساب می آید. بسته به نحوه لوله شدن، برخی نانولوله ها خصوصیت فلزی دارند، به این معنا که الکترون ها می توانند در هر سطح انرژی در آنها جریان یابند. اما این نوع نانولوله ها قابل خاموش و روشن شدن نیستند که این امر استفاده از آنها را در مدارهای دیجیتال محدود می کند. مدارهای دیجیتال، برای پردازش اطلاعات، نیازمند المان هایی هستند که بتوانند بین دو حالت صفر و یک تغییر وضعیت دهند، درست مانند ترانزیستورهای نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون.
پروفسور مایکل تریان و تیم پژوهشی اش در دانشگاه دوک، راهکاری برای این چالش یافته اند. آنها موفق شده اند نانولوله های فلزی را که به شکل پیش فرض همیشه جریان را عبور می دهند، به نیمه هادی هایی تبدیل کنند که قابلیت خاموش و روشن شدن داشته باشند.
به قول فرانچسکو ماستروچینک از محققان این پروژه، کلید این فرآیند، استفاده از پلیمرهای خاصی است که از مولکول هایی با زنجیره های بلند تشکیل شده اند. این پلیمرها بشکلی منظم و مارپیچ گونه دور نانولوله ها پیچیده می شوند، درست مانند «پیچیدن یک روبان به دور یک مداد».
تحقیقات نشان داد که این تغییر کاملا برگشت پذیر است. هنگامی که نانولوله با پلیمر پیچیده میشود، خصوصیت الکترونیکی آن از حالت رسانا به نیمه هادی تغییر می کند. اما اگر پلیمر برداشته شود، نانولوله مجدداً به حالت فلزی بازمی گردد. محققان همینطور دریافتند که با تغییر نوع پلیمر مورد استفاده، میتوان انواع جدیدی از نیمه هادی های نانولوله ای را طراحی کرد. این نیمه هادی ها تنها در حالی که مقدار مشخصی از انرژی خارجی به آنها اعمال شود، رسانایی پیدا می کنند.
به قول پروفسور تریان، این شیوه «ابزاری ظریف و جدید» را برای طراحی نیمه هادی ها عرضه می دهد. هرچند هنوز راه زیادی تا تجاری سازی این فناوری باقیمانده است، اما این پژوهش اهمیت زیادی دارد، چونکه امکان طراحی نیمه هادی هایی را فراهم می آورد که در رویارویی با طول موج های خاصی از نور، همچون نور مادون قرمز، جریان الکتریکی تولید کنند.
در آینده، یافته های این تیم تحقیقاتی امکان دارد در طراحی نانولوله هایی که گرمای انتشار یافته بعنوان اشعه مادون قرمز را شناسایی می کنند، به کار رود. این فناوری می تواند برای تشخیص افراد یا وسایل نقلیه ای که در سایه پنهان شده اند، مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان مثال، هنگامی که نور مادون قرمز، مانند نوری که از بدن موجودات خونگرم ساطع می شود، به این ترکیب نانولوله-پلیمر برخورد کند، یک سیگنال الکتریکی تولید خواهد شد.
به نقل از ستاد نانو، همچنین، این شیوه می تواند برای بهبود راندمان سلول های خورشیدی به کار گرفته شود. نیمه هادی های مبتنی بر نانولوله های کربنی می توانند طیف وسیع تری از طول موج های خورشیدی را به برق تبدیل کنند و در نتیجه، انرژی بیشتری از نور خورشید استخراج شود.
علاوه بر این، به علت ساختار مارپیچی پوشش پلیمری روی سطح نانولوله ها، این مواد می توانند گزینه ای ایده آل برای فناوری های نوین محاسباتی و ذخیره سازی داده ها باشند؛ فناوری هایی که نه تنها از بار الکتریکی، بلکه از چرخش الکترون ها برای پردازش و انتقال اطلاعات بهره می برند.
منبع: niazgah.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب