Bekabeld raken met nanodraden - dummies

Nanodraden zijn eenvoudig zeer kleine draden. Ze zijn samengesteld uit metalen zoals zilver, goud of ijzer, of halfgeleiders zoals silicium, zinkoxide en germanium. Nanodeeltjes worden gebruikt om deze kleine nanodraden te maken, die een diameter kunnen hebben van slechts 3 nanometer.

Groeiende nanodraden

De productie van nanodraden is vergelijkbaar met nanobuisjes; het vereist het gebruik van een katalysatordeeltje in een verwarmde reactiekamer. Om nanodraden van gallium-nitride te laten groeien, stromen onderzoekers van de Universiteit van Harvard stikstofgas en verdampte gallium door de reactiekamer met een ijzerdoelwit. IJzer nanodeeltjes worden verdampt uit het doelwit door een laser om als een katalysator te werken. Zowel gallium- als stikstofmoleculen lossen op in het ijzeren nanodeeltje. Wanneer je zoveel gallium en stikstof in het deeltje krijgt dat het begint af te zweten van het oppervlak, precipiteren moleculen op het oppervlak van het deeltje waar ze combineren om de nanodraad te laten groeien.

Wanneer je een nanodraad kweekt, moeten de gebruikte materialen oplosbaar zijn in het nanodeeltje van de katalysator. Om bijvoorbeeld silicium nanodraden te laten groeien, wordt een goudkatalysator-nanodeeltje gebruikt omdat silicium oplost in goud.

Om arrays van nanodraden te laten groeien - ideaal voor het maken van elektronische apparaten of sensoren - kunt u nanodeeltjes van katalysatoren gebruiken die op een vast substraat zijn geplaatst, in plaats van nanodeeltjes in een damp. Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben bijvoorbeeld gouden nanodeeltjes op een saffieroppervlak als katalysatoren gebruikt om reeksen nanodraden van zinkoxide te laten groeien. Door de grootte van de gouden nanodeeltjes te wijzigen, kunnen ze bepalen of de nanodraden verticaal worden gekanteld in een hoek van 60 graden omhoog vanaf het oppervlak, of horizontaal langs het oppervlak.

Nanodraden op het werk

Verschillende onderzoeksgroepen hebben het gebruik van nanodraden aangetoond om geheugenapparaten en transistors te creëren. Onderzoekers van Hewlett-Packard en de University of California in Los Angeles hebben aangetoond dat op de kruising van twee nanodraden een geheugencel kan worden gevormd. Met behulp van een iets gecompliceerdere reeks nanodraden, hebben ze ook een transistor-achtig apparaat bedacht, een kruisbalkgrendel genoemd.

Mensen van de University of Southern California en het NASA Ames Research Centre hebben een geheugenapparaat gedemonstreerd dat gebruik maakt van nanodraadjes van indiumoxide. Ze voorspellen dat dit apparaat 40 gigabits per vierkante centimeter kan opslaan, wat een heleboel gegevens is volgens de normen van iedereen.

Gebouwtransistors en geheugenapparaten die worden gebruikt in computerchips van materialen over de breedte van een nanometer, zoals nanodraden, wordt moleculaire elektronica genoemd.

Ondertussen hebben ze op de universiteit van Harvard een op nanodraden gebaseerde sensor gedemonstreerd die ziekten in bloedmonsters kan detecteren. Het werkende deel van de sensor is een nanodraad die gefunctionaliseerd is door er bepaalde nucleïnezuurmoleculen aan vast te maken. De nucleïnezuurmoleculen binden aan een cystic fibrosis-gen als het in een bloedmonster aanwezig is. Wanneer dit gebeurt, verandert de geleiding van de nanodraden. De verandering in de nanodraadgeleiding veroorzaakt een stroomsterkte.

Dit type sensor kan onmiddellijk bloedmonsters voor verschillende ziekten analyseren, mogelijk in het kantoor van uw arts met slechts een speldenprik in uw vinger. Dat is veel handiger dan flesjes vol bloed te geven en te wachten op een test om terug te komen van een lab. Daar komt nog bij dat deze sensor zeer gevoelig is en mogelijk ziektes kan detecteren die we nog nooit eerder hebben kunnen detecteren, of virussen in een eerder stadium kan detecteren.

Maar er is een grote uitdaging voor onderzoekers die deze techniek ontwikkelen, hetzij met nanodraden of nanobuisjes: ze moeten een manier vinden om de sensoren selectief te maken en valse signalen te voorkomen. In de demonstratie van Harvard deden ze dit door een specifiek nucleïnezuur te gebruiken dat alleen zou binden aan het cystic fibrosis-gen.

Tot slot onderzoeken onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology, evenals de mensen van het Max Planck Institute, het gebruik van nanodraden om de dichtheid van een magnetisch opnamemedium (zoals de schijfstations die in computers worden gebruikt) te vergroten. Beide groepen hebben arrays van magnetische nanodraden kunnen deponeren - en hun werk laat zien dat het haalbaar is om dit type structuur te gebruiken om informatie op te slaan met een veel hogere dichtheid dan de huidige schijfstations. Andere onderzoekers onderzoeken echter het idee om bepaalde configuraties van nano deeltjes te gebruiken om hetzelfde te doen als nanodraden. Het is een gooi doen naar welk idee zal winnen.