科學家創造出最薄的電線,只有3個原子寬!

Comment is Closed

這是甚麼?給螞蟻用的電子嗎?

科學家開發出最薄的電線,使用稱為鑽石型結構(diamonodoid)的微片鑽石,做出只有三個原子寬的電線。

這條電線以奈米規模結合在一起,非常像是分子樂高(LEGO),由附著到硫原子和銅原子的一串鑽石型結構所製成;而且它們連接的獨特方式,可以導致一種布料的產生,這種布料透過簡單地移動就能產生電力。

來自史丹佛大學(Stanford University)的研究員Hao Yan說:「我們在這裡所展示的是,我們能夠做出有可能是最小尺寸的細微導電線,實質上是它們自我組合。」

「這個過程是一個簡單的一鍋合成法(one-pot synthesis)。你把原料倒在一塊,然後在半小時內就可以得到結果,幾乎就好像鑽石知道它們要到哪裡去。」

你可以從下面的動畫中,了解Yan的意思。這個自然存在於石油液體中的鑽石型結構,像是籠子般的小結構,是由碳和氫所組成。

 982938479238-wire-1
史丹佛直線加速器中心(SLAC)國家加速器實驗室

經由所謂的凡德瓦力(van der Waals force),它們彼此強烈吸引;而且由於這種吸引力,每個鑽石型結構在鏈條中一個接著一個排列著。

推薦文章:  科學家已經創造出人工視網膜植入物,可以恢復數百萬人的視力!

一旦這些籠狀物一個個結合到單個銅原子和硫原子上,在這些鑽石型結構之間的吸引力形成一個持續的線狀結構。

研究員Fei Hua Li說:「很像樂高積木,它們只以特定方式結合在一起,而這些方式取決於它們的尺寸和形狀。」

「每個結構單元的銅原子和硫原子在中間纏繞,形成電線的導電芯,而較大的鑽石型結構在外部纏繞,形成絕緣外殼。」

這不是第一次研究人員致力於開發可以導電的奈米電線,但是研究小組表示,三個原子寬的鑽石型結構鍊有可能是最小的結構。

研究小組的一位成員尼古拉斯·梅洛許(Nicholas Melosh)告訴電機電子工程師學會綜覽雜誌(IEEE Spectrum)的德克斯特·強生(Dexter Johnson):「有嘗試過其他的分子自組方法,但要平衡吸引力和排斥力之間微妙相互作用,來達到你想要的大小,已經證明是非常困難的。」

推薦文章:  行人只要在上面踏步就可以為城市產生數據、照明和數字貨幣!

「達到三個原子橫截面的’實芯(solid core)’是理想的,它小到可以呈現獨特的功能。但由於仍然有一條路徑讓電子流動,因此可以容忍個別的缺陷或應變(strain)。」


史丹佛直線加速器中心(SLAC)國家加速器實驗室

研究人員正在實驗新材料來代替銅和硫,來看看以同樣的技術能夠創造出其他什麼種類的奈米線。

目前他們正在研究鎘、鋅、鐵和銀,也在實驗其他的籠子形式,例如以碳硼烷(carborane)來取代鑽石型結構。

依據導線核心所使用的分子種類,會得到不同的導電性,可以在將來有廣泛的應用。例如用於電子產品的極小電線,或是超導材料。由於錯綜複雜的分子結構,超導材料在導電時不會造成任何損耗。

另一項選擇是壓電(piezoelectric)能量裝置,從動作中來產生電力。以足夠的這種奈米線縫進衣服,誰知道我們可以減少電網多少負擔?

推薦文章:  核融合出現新轉折,無限乾淨能源有望實現!

梅洛許在一份新聞稿中說:「你可以想像把它們編織成布料來產生能量。」

「這種方法給了我們一個多功能工具包,我們能夠修補很多的原料和實驗條件,以微調的電子特性和有趣的物理學,來創造出新的材料。」

這項研究成果報導於自然材料(Nature Materials)期刊

來源: ScienceAlert