I nanofili semiconduttori sono essenziali al fine di sviluppare economiche ed efficienti celle solari, ma fino ad ora la produzione industriale è sempre stata molto costosa a causa delle alte temperature cui sono prodotti, ora il Max Planck Institute for Metals Reearch ha trovato un modo per produrle a con un calore quattro volte più basso.
I nanofili semiconduttori fino ad ora sono stati prodotti a temperature che variavano dai 600 ai 900°Celsius ora, grazie al Max Planck Institute for Metals Reearch è possibile ottenere lo stesso risultato a 150°C.
La produzione di nanofili semiconduttori
Nella nanoelettronica i nanofili rivestono una grandissima importanza, ma la loro produzione veniva a costare molto, date le alte temperature che si dovevano raggiungere per ottenere i risultati richiesti, i 600-900°C di cui parlavo prima.
I catalizzatori per i nanofili semiconduttori
Il costo dei nanofili semiconduttori è anche influenzato dal tipo di catalizzatori che fino ad ora sono stati usati, ad esempio l’oro. I ricercatori del Max Planck Institute for Metals Reearch sono riusciti ad ovviare anche a questo problema impiegando come catalizzatori metalli molto meno costosi quali ad esempio l’alluminio. Con questo metodo e queste temperature i nanofili possono essere depositati direttamente sugli strati plastici sensibili senza problemi dovuti all’eccessivo calore.
La produzione di nanofili semiconduttori
Gli scienziati di vari dipartimenti del Max Planck Institute insieme ad altri colleghi del Centro di Stoccarda hanno osservato la crescita dei nanofili in tempo reale grazie ad un microscopio. Il tutto è avvenuto su un doppio strato di alluminio e silicio cristallino amorfo e prodotto nel vuoto a temperatura mediante evaporazione termica. Gli atomi nel silicio sistemati in modo amorfo vengono disposti a reticolo cristallino e ordinato nello strato di alluminio. Grazie all’uso del microscopio gli scienziati hanno potuto osservare che gli atomi di silicio cominciavano già a fluire nell’alluminio, che funge da catalizzatore, già a 120°C. Il movimento dei cristalli produce una rete di nano fibre cristalline, fili sottili 15 nanometri, che si posizionato in stretto contatto l’uno con l’altro ai confini della rete di alluminio. Quest’ultimo è costituito da miliardi di minuscoli cristalli e ognuno di loro ha dimensioni di circa 50 nanometri.
I vantaggi dei nanofili
Primo fra tutti c’è il vantaggio di poter produrre questi nanofili a temperature notevolmente inferiori, consentendo così elevati risparmi di energia per il raggiungimento della temperatura. In secondo luogo, grazie alle temperature non elevatissime è possibile impiegare materiali meno resistenti al calore e meno costosi. L’oro viene quindi sostituito dall’alluminio. Oltre a questi indubbi vantaggi il silicio nano strutturato in questo modo può essere, come dicevo, coltivato sulla maggior parte dei substrati di plastica date le relativamente basse temperature ora necessarie al processo. I nanofili prodotti fino ad ora erano realizzati in silicio e germano attraverso un processo descritto nel 1964 chiamato VLS, ovvero vapore-luquido-solido che utilizzava catalizzatori metallici come semi. Questi venivano depositati su substrati solidi, fusi, ed esposti a determinati gas, di solito contenenti silicio o germano.
Conclusioni
Questa scoperta porterà ad un minor costo dei nanofili e ad un maggior impiego. Si prevede che in futuro saranno indispensabili in molte applicazioni tecniche. Un minor costo di produzione comporterà abbattimenti di costi anche per gli utilizzatori finali e quindi la possibilità di impieghi sempre più vasti. Per maggiori informazioni potete consultare la ricerca. (fonte: Max-Planck-Gesellschaft)
per chi non lo sapesse…
i nanofili sono come dice la parola stessa, dei fili dalle dimensioni nanometriche, la lunghezza può andare sino alle centinaia di micrometri… le ricerche in questo campo, nascono sin dagli anni sessanta e dagli anni 80 hanno subito un grande incremento e principalmente nell’ultimo decennio, si sono fatti passi da gigante (haha…scusate la contrapposizione) le nano teck sono destinate a diventare la base di molti tipi di dispositivi elettronici partendo dai sensori, ad arrivere a MEMS e oggi NEMS
I nanofili sono oggetto di studio perchéhanno delle caratteristiche molto importanti ad esempio, se son di pochi nanometri, le strutture si compongono veramtne di pochi atomi e quidi si fanno sentire le caratteristiche quantistiche proprie degli atomi stessi.
Ad esempio si osserva che in caso di nanofili metallici la conduttanza elettrica presenta valori discreti multipli di un’unità base: 12.9 Kohm-1 detta costante di von Klitzing,
(è dovuto al fatto che la funzione d’onda dell’elettrone occupa uno spazio di dimensioni confrontabili con la dimensione del filo stesso il che può portare gli elettroni a interagire con gli atomi nella superficie del filo e ad arrivare ad attraversare il filo. Cosa succede? succede che il filo si comporta come se la conduzione elettrica avvenisse lungo dei canali e al ridursi del diametro del filo si hanno valori discreti di conducibilità.)
Strutturalmente parlando un nanofilo può essere simile ad un normale filo cioè un struttura di forma più o meno cilindrica, generalmente sospesa nel vuoto o come spiegato in questo caso, depositata su un supporto isolante, internamente la struttura è normalmente simile a quella di un cristallo cioè composta da un reticolo regolare
La fabbricazione dei nanofili richiede tecniche di lavorazione piuttosto complesse per ora svolte solo in laboratori di ricerca.
Esempi di tecniche di fabbricazione sino ad ora sono: una sorta di scolpitura del filo (tecnica simile alla litografia per elettronica) o mediante bombardamento con fasci di elettroni una sorta di sintesi come una deposizione di atomi su supporto andando a formare la struttura desiderata.
Con questa nuova tecnica forse si può sperare in una produzioni industriale con un futuro importante dei nanofili in ambito sia elettronico e che biomedico….
delle tue precisazioni, completano il panorama! buona giornata, marina