Técnica de difusão atômica pode levar à produção em massa de nanofios metálicos

Um grupo da Universidade de Nagoya, no Japão, criou uma nova técnica para cultivar os minúsculos nanofios metálicos (NWs) que devem ser usados ​​na eletrônica de próxima geração. Seus resultados sugerem uma maneira de produzir em massa NWs de metal puro, o que até agora limitou seu uso.

A nova técnica promete aumentar a eficiência da produção eletrônica, incluindo circuitos, LEDs e células solares. O estudo foi publicado em Ciência.

A produção em massa de NWs tem sido desafiadora devido às dificuldades de escalar a produção, mantendo a qualidade e a pureza. Os NWs são tão pequenos que são feitos transportando átomos, o menor constituinte da matéria, tipicamente em um estado de fase gasosa. No entanto, isso é difícil de fazer com metais, dificultando a produção desses importantes componentes da eletrônica.

Para superar esse problema, um grupo liderado por Yasuhiro Kimura, da Escola de Engenharia da Universidade de Nagoya, usou difusão atômica em estado de fase sólida, aprimorada por irradiação de feixe de íons, para criar NWs de alumínio a partir de monocristais.

A difusão atômica é um processo pelo qual átomos ou moléculas se movem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração, por meio de mudanças no estado de estresse sob calor.

Usando feixes de íons, os grãos de cristal foram irradiados dentro do fino filme de alumínio para torná-los grosseiros na camada superficial. Isso causou mudanças na distribuição de estresse, guiando o fluxo atômico, e foi usado como um meio de fornecer matérias-primas atômicas em massa para o crescimento de NW para locais específicos.

Na prática, quando o calor era aplicado, havia um fluxo ascendente de átomos através do gradiente, dos grãos finos na parte inferior para os grãos grossos na parte superior, resultando no crescimento em massa dos NWs.

“Aumentamos a densidade dos NWs de alumínio de 2×10⁵ NWs por cm quadrado até 180×10⁵ por cm quadrado”, disse Kimura. “Essa conquista abre caminho para métodos de crescimento de NW de metal de baixo para cima, que até agora foram cultivados apenas acidentalmente e em pequenas quantidades. Também pode ser estendido a outros metais, em princípio.”

Espera-se que os NWs de alumínio resultantes sejam utilizados como nanocomponentes para dispositivos de detecção e optoeletrônicos devido às suas características únicas, como grande área de superfície, boas propriedades mecânicas derivadas de serem feitos de cristais únicos e sua resistência à oxidação natural.

“Percebemos o crescimento em massa de NWs metálicos semelhantes a florestas usando apenas três processos principais: deposição de película fina em um substrato, irradiação de feixe de íons e aquecimento”, explicou Kimura.

“Nossa técnica resolve a necessidade urgente de estabelecer métodos de produção em massa, especialmente na produção de nanodispositivos de alto desempenho, como sensores de gás, biomarcadores e componentes optoeletrônicos.”