По мере того, как электронные устройства во всем мире продолжают уменьшаться, будет существовать ограничение на то, насколько компактными или тонкими могут быть устройства с использованием обычной электронной компонентной базы. То же самое верно и для тех, кто в области потребительской электроники хочет сделать прозрачные и гибкие устройства, поскольку многие традиционные электронные компоненты не предназначены для реализации подобного. Каково будет решение? Ну, есть разные решения в зависимости от части устройства, которую нужно миниатюризировать. Гибкие и прозрачные экраны, батареи, конденсаторы и печатные платы можно сделать эффективными и меньшими/более гибкими с помощью нанотехнологий. Наноматериалы существенно влияют на другие аспекты электроники. Однако здесь мы сосредоточимся на одном конкретном типе наноматериала, который показывает большие перспективы в электронике и наноэлектронике, и это нанопровода.
Нанопровода представляют собой очень длинные и очень тонкие наноматериалы. С технической точки зрения это означает, что они имеют высокое соотношение сторон. Учитывая, что эта геометрия похожа на геометрию обычных проводов, они обладают большим потенциалом в электронных и наноэлектронных устройствах. Нанопровода – это материалы с высокой проводимостью, но, учитывая их размер, они не проводят столько электричества, как более громоздкая электроника, но их небольшой размер делает их полезными. Нанопровода также являются одномерными (1D) наноматериалами. Это означает, что электроны в нанопроводах ограничены одним измерением и заблокированы от движения в двух других – это тип квантового ограничения, который можно обнаружить во многих наноматериалах, поскольку их небольшой размер приводит к интересным квантовым явлениям. Поскольку электроны могут двигаться только в одном измерении, электроны в нанопроводах будут двигаться только вдоль длинной оси, как в обычных электронных проводах.
Электронные состояния в нанопроводах различаются по сравнению с объемными материалами. Из-за квантовых эффектов нанопровода электроны будут занимать дискретные полосы, а не континуум состояний. Это позволяет электронам течь между ямами с минимальным импедансом. Это является определяющим фактором их высокой проводимости. Нанопровода также можно связать вместе, чтобы увеличить степень проводимости, возможную в небольшом локализованном пространстве, и их можно легко интегрировать в матрицы других материалов, чтобы сделать их проводящими.
В отличие от обычных проводов, которые зависят исключительно от меди из-за ее свойств проводимости, сегодня существует множество различных типов нанопроводов. Нанопровода могут состоять из сверхпроводящих материалов, таких как оксид иттрия, бария, меди (YCBO), или металлов, включая платину, серебро, золото и никель, или полупроводников, таких как арсенид галлия, кремний и фосфид индия, или изоляционных материалов, таких как диоксид кремния и диоксид титана. Это всего лишь несколько наиболее распространенных примеров, поскольку нанопровода с новым составом появляются постоянно. Во многих случаях, с химической точки зрения, многие нанопровода имеют неорганическую природу.
Есть и другие области применения, которые можно было бы использовать в будущем. К ним относятся гибкая электроника и датчики. В настоящее время наблюдается шумиха вокруг гибкой электроники, тем более что в ней есть что-то очень научно-фантастическое. Люди начали интересоваться гибкой электроникой, когда поняли, что 2D-материалы можно использовать в батареях и сенсорных экранах электронных устройств. Но эти компоненты все еще должны быть соединены, и здесь могут помочь нанопровода. Нанопровода могут быть включены в различные тонкослоистые композитные материалы и могут действовать как гибкая электропроводящая среда. Затем они могут сгибаться с любыми другими гибкими материалами в устройстве без ущерба для проводимости устройства. Кроме того, поскольку они такие маленькие, они практически невидимы и не будут обеспечивать оптическую прозрачность экрана. Области гибкой электроники могут включать бытовую электронику, такую как телефоны и ноутбуки, а также носимые устройства для медицинских и фитнес-приложений.
Что касается датчиков, многие знают, что наноматериалы расширили сенсорные возможности различных типов датчиков. Многие датчики с нанопроводами были опробованы для измерения различных химических веществ, газов и биомолекул, а также pH. Сенсоры на основе нанопроводов обладают механизмом восприятия, который очень похож на то, как работает полевой транзистор. В датчиках на основе нанопроводов нанопровода обычно изготавливаются из полупроводникового материала. Когда происходит взаимодействие между рецепторами на поверхности сенсора и молекулой-мишенью, это вызывает изменение поверхностного потенциала, которое изменяет локализованную плотность дырок и/или электронов в полупроводнике, что затем приводит к обнаруживаемым и измеримым изменениям.
Нанопровода представляют собой способ миниатюризации электроники и создания более гибкой электроники, выступая в качестве проводящей среды между компонентами в устройстве. Подобно обычным проводам, электроны в нанопроводах будут течь вдоль длинной оси материала, и нанопровода могут быть связаны вместе для создания более высокой проводимости в меньшей области пространства. Существуют различные приложения, в которых нанопровода могут широко использоваться в мире электроники, наиболее распространенными из которых являются транзисторы, а также в гибкой и носимой электронике, прозрачной электронике и датчиках.
© digitrode.ru