Meny

Javascript verkar inte påslaget? - Vissa delar av Lunds universitets webbplats fungerar inte optimalt utan javascript, kontrollera din webbläsares inställningar.
Du är här

Ny teknik visar hur nanotrådar föds

Snabbare, effektivare, tunnare, energisnålare! Dessa är en del av ledorden för att utveckla bland annat bättre mobiler, solceller och LED-belysning. Den gemensamma nämnaren för att förbättra elektronikens transistorer eller belysningens dioder, är de ytterst, ytterst små halvledare som kallas nanotrådar.

I det nya ”supermikroskop” studerar Reine Wallenberg, professor i fasta tillståndets kemi, hur nanotrådar kan växa och hur deras egenskaper kan kontrolleras.
Bildcollage
Bättre mobiler, solceller och LED-belysning. Den gemensamma nämnaren för att förbättra elektronikens transistorer eller belysningens dioder, är de ytterst, ytterst små halvledare som kallas nanotrådar. Fotomontage: Catrin Jakobsson

– Om vi förstår vad som händer kan vi styra vad som byggs när nanotrådar skapas. Genom vårt nya mikroskop ETEM (Environmental transmission electron microscope), kan vi se direkt när och hur en nanotråd byggs upp, atom för atom, säger Reine Wallenberg.

För drygt 20 år sedan kunde forskare vid Lunds universitet visa att det på nanonivå går att bygga trådar med helt unika materialkombinationer och egenskaper. De nanotrådar som idag ingår i den strategiska forskningsmiljön NanoLund:s utveckling av solceller och lysdioder är resultatet av ett långt och mödosamt experimenterande med material och tillverkningsprocesser.

Byggandet studeras i realtid

Med det nya mikroskopet kan forskarna se vad som sker direkt när det sker. Nanotrådar skapas genom att gaser med de önskade byggstenarna strömmar över metallpartiklar som oftast är av guld. De fungerar som plattformar för byggandet.

Vi är intresserade av just födelseögonblicket.

Forskarna måste pröva sig fram till den exakta gasblandning som behövs för att skapa en viss sorts nanotråd, samt till rätt temperatur och gastryck. Idag kan sökandet efter nya materialkombinationer och nya egenskaper snabbas upp väsentligt tack vare att byggprocessen kan studeras i detalj och i realtid.

– Tidigare har det varit ett jättejobb att hitta de rätta parametrarna. Nu sker alla försök i en kammare inne i mikroskopet samtidigt som vi tittar och filmar. Vi kan göra tio olika experiment på en dag, vilka tidigare kunde ta upp till 10 månader att genomföra, berättar Reine Wallenberg, och fortsätter:

– Vi har en film som illustrerar fördelarna med att kunna se hela förloppet. I början av filmen ser man gulddropparna innan nanotrådar börjat byggas.  Ser man sedan på slutet av filmen, när experimentet är genomfört, så ser det ut som att det inte bildats några riktiga nanotrådar. Men egentligen har det hänt en massa saker, vilket resten av filmen avslöjar. När vi sänkte temperaturen under försökets gång började nanotrådar växa, men när vi sedan ökade temperaturen, så stördes jämvikten och nanotrådarna ”åts upp” igen.

Vill förstå hur trådarna börjar växa

För att kunna formge nya typer av strukturer för nya användningsområden behöver forskarna alltså förstå exakt vad som händer på atomnivå medan nanotrådens struktur byggs upp. En annan fråga som forskarna studerar är vad det är som avgör när trådarna sätter igång att växa i en bestämd riktning, det vill säga vad som avgör när atomer går in i guldpartikeln och kristallen börjar växa till en tunn nanotråd.

– Vi är intresserade av just födelseögonblicket. I Aerotaxi-processen där man har svävande partiklar i ett gasflöde kan man tycka att det inte finns någon anledning att atomerna ska formera sig till just en tråd – men det gör de! Vi vill alltså förstå hur de växer – hur atomerna kopplar ihop sig. Vi har kunnat bygga nanotrådar i snart tjugo år men vi vet fortfarande inte exakt hur det händer.

Många användningsområden

När man löst vilka premisser som krävs för att bygga en viss sorts nanotråd, så tar andra vid och skalar upp processen för att få fram snabb och billig tillverkning.

Och i slutänden kan alltså dessa små nanotrådar som Reine Wallenberg och hans kollegor tittar på användas till att skapa bättre förutsättningar för att exempelvis minska energiåtgången i våra datorer, rena vatten från bakterier med hjälp av UV-ljus där processen kan drivas av solceller, eller ta fram smidiga elektroder som används vid hjärnkirurgiska ingrepp och som hjälper oss att förbättra behandling av Parkinson och epilepsi.

Kategorier

ETEM-projektet

Inom projektet forskar bland annat Kimberly Dick Thelander, professor i Fasta tillståndets fysik, på hur nanotrådarna byggs upp och hur och varför atomerna organiserar sig som de gör i trådarna. Hon och hennes grupp arbetar bland annat med att förstå hur nya material med helt nya egenskaper kan skapas. Kimberly Dick Thelander delar ansvaret för instrumentet med Reine Wallenberg.

Se Kimberly Dick Thelander och Daniel Jacobsson, forskningsingenjör vid Kemicentrum förklara mer om hur man kan studera nanotrådar växa i realtid. https://youtu.be/mBhA7iuvHT8

 

Box 117, 221 00 LUND
Telefon 046-222 00 00 (växel)
Telefax 046-222 47 20
lu [at] lu [dot] se

Fakturaadress: Box 188, 221 00 LUND
Organisationsnummer: 202100-3211
Om webbplatsen