دستکاری نانولوله های کربنی مسیرهای جدیدی برای الکترونیک نسل آینده باز می کند
به گزارش سایت شیک، 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 فرآیند از راه پوشاندن نانولوله ها با یک پلیمر نواری صورت می گیرد.
به گزارش سایت شیک 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 بصورت استوانه ای لوله شده اند. خاصیت های استثنایی این نانولوله ها آنها را به یکی از مواد اعجاب انگیز قرن مبدل کرده است. این استوانه های ریز نه فقط استحکامی بیش از فولاد دارند، بلکه به اندازه ای نازک هستند که ضخامت ۵۰ هزار عدد از آنها معادل یک تار موی انسان خواهد بود.
خاصیت 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 به عنوان جایگزینی برای سیلیکون در صنعت الکترونیک معرفی شده اند، برای اینکه امکان ساخت مدارهایی سریع تر، کوچک تر و کارآمدتر را فراهم می کنند.
با توجه به این خاصیت های منحصربه فرد، تولید نانولوله هایی با خواص مشخص، چالشی بزرگ شمرده می شود. بسته به نحوه لوله شدن، برخی نانولوله ها خاصیت 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 بصورت پیش فرض همیشه جریان را عبور می دهند، به نیمه هادی هایی تبدیل کنند که قابلیت خاموش و روشن شدن داشته باشند.
بگفته فرانچسکو ماستروچینک از پژوهشگران این پروژه، کلید این فرآیند، استفاده از پلیمرهای خاصی است که از مولکول هایی با زنجیره های بلند تشکیل شده اند. این پلیمرها به گونه ای 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 بطورکامل برگشت پذیر است. هنگامی که نانولوله با پلیمر پیچیده میشود، خاصیت الکترونیکی آن از حالت رسانا به نیمه هادی تغییر می کند. اما اگر پلیمر برداشته شود، نانولوله مجدداً به حالت فلزی بازمی گردد. پژوهشگران همین طور دریافتند که با تغییر نوع پلیمر مورد استفاده، می توان انواع جدیدی از نیمه هادی های نانولوله ای را طراحی کرد. این نیمه هادی ها تنها در شرایطی که مقدار مشخصی از انرژی خارجی به آنها اعمال شود، رسانایی پیدا می کنند.
بگفته پروفسور تریان، این تکنیک «ابزاری ظریف و جدید» را برای طراحی نیمه هادی ها ارائه می دهد. هرچند هنوز راه زیادی تا تجاری سازی این فناوری باقیمانده است، اما این پژوهش اهمیت زیادی دارد، برای اینکه امکان طراحی نیمه هادی هایی را فراهم می آورد که در برخورد با طول موج های خاصی از نور، همچون نور مادون قرمز، جریان الکتریکی تولید کنند.
در آینده، یافته های این تیم تحقیقاتی ممکنست در طراحی نانولوله هایی که گرمای انتشار یافته به عنوان 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. به عنوان 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 تکنیک 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 سبب ساختار مارپیچی پوشش پلیمری روی سطح نانولوله ها، این مواد می توانند گزینه ای ایده آل برای تکنولوژیهای جدید محاسباتی و ذخیره سازی داده ها باشند؛ فناوری هایی که نه فقط از بار الکتریکی، بلکه از چرخش الکترون ها برای پردازش و انتقال اطلاعات بهره می برند.
منبع: shiksite.ir
این مطلب سایت شیک را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب