越来越受欢迎的纳米线

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电子世界继续证明摩尔定律是错误的，因为随着突破性的设备越来越小，为了跟上下一代精密设备的步伐，工程师和开发人员仍然受制于一个组件的尺寸：晶体管。

晶体管是 IC 之所以能成为IC的主要原因之一。为了发现替代品，研究人员冒险进入纳米世界。

在本文中，我们探讨了从 3D 纳米线结构到镀金，再到银的纳米线，我们缩小到纳米级，以研究最近关于纳米线的研究及其对灵活、精确和小型化电子产品的推动。

纳米线架构：一种新型晶体管

在此之前，纳米线是一种具有纳米级直径的独特结构，自 1990 年代初以来一直是研究兴趣。

这些纳米线可以很容易地集成到电子、热电、光伏、机械和光学应用中。研究表明，由于能量密度，纳米线架构可以提供大量功率。以挪威科技大学 (NTNU)最近发布的声明为例，该声明声称可以使用纳米线改进太阳能电池。

另一个研究地点来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）。EPFL 因其是世界上最著名的自然科学和工程研究型大学之一而广为人知。

大学内是技术研究所，科学家瓦莱里奥·皮亚扎( Valerio Piazza ) 领导半导体材料实验室。该实验室专注于纳米级半导体，最近分享了有关创建由新纳米线形式构建的新 3D 架构的新闻。

Piazza 和他的同事写了几篇文章，通过在基板表面蚀刻纳米导体来创建不同的图案，进一步探索纳米线。

这些水平纳米线由镓、铝、铟、氮、磷和砷等III 族和 V 族原子组成，它们有助于构成电流网络。

然而，阻碍纳米线商业设备可扩展性的原因在于材料特性和所需设备之间的权衡。

纳米线的 3D 几何形状、电结的掺杂变化在暴露于某些情况（例如外部热、光或湿气）时会发生变化。这一挑战就是为什么他们对掺杂挑战的研究讨论了替代方法，这些方法表明核壳状涂层可以覆盖纳米线结构，以确保电性能不会随着时间的推移而减弱。

尽管该团队进行了大量研究，但仍需要进行更多研究，因为 3D 架构尚未缩小特定方法的范围，从而为半导体制造商带来最佳成本效益路线。

然而，好消息是 Piazza 的水平纳米线可以与当前晶体管的 10 nm 尺寸相匹配，但纳米线结构可以产生更好的整体电气性能。

除了这一发现，Piazza 还获得了 2020 年 Piaget Scientific 奖的认可和资助，以帮助使用纳米线和纳米结构“使晶体管超越其饱和点”。

随着EPFL对纳米线技术的研究，寺崎生物医学创新研究所（TIBI）的另一批研究人员也在努力寻找创新方法来改进纳米线技术。

研究人员开发出具有镀金外壳的银纳米线

精密设备是一种需要高分辨率扫描探针显微镜才能在原子水平上清晰可视化表面的技术。

这些设备通常用于触摸屏手持设备的特定传感器和可穿戴生物传感器，用于监测我们血液中的化学水平、肌肉运动、呼吸和脉搏率。

制造这些精密设备的传统方法包括收集电极，这些电极已在玻璃或陶瓷基板上施加了导电材料的薄涂层。这种方法使电极易碎且不灵活，使其难以制造。

TIBI 的科学家们希望开发出一种替代品，他们坚信最好的替代品来自银纳米线。

纳米线的吸引力来自很多方面，例如导电性、稳定性和柔韧性。纳米线的独特之处在于其直径为千分之一毫米，并且结构在各种横截面形状中具有延展性。添加更高的导电性，纳米线现在是柔性电子产品和精密设备的潜在更好选择。

由于存在由热、光和湿气引起的腐蚀风险，纳米线尚未完全进入商业用途。这种腐蚀可能发生在纳米线表面的蚀刻中，影响电气、机械和光学特性，导致结构熔化。

TIBI 研究人员提出了在导线周围添加保护壳的想法，即在银纳米线周围添加超薄壳以提高稳定性并防止腐蚀。

研究团队选择黄金作为外壳，因为它可以承受热量、光线和水分。然而，当带电的金原子与银发生反应并在结构中产生孔隙时，将金放置在银纳米线上会产生潜在的问题。为了解决这个问题，TIBI 科学家发现优化的化学物质可以与带电的金原子相互作用，以抑制任何孔洞或孔隙的形成。

TIBI纳米线项目第一作者朱扬志，博士。得知研究人员团队已经解决了纳米线结构遇到的主要挑战，对此表示欣慰。他提到他们试图考虑纳米线面临的尽可能多的挑战。他们希望，这种对减少错误的关注将有助于设计一种有效的方法来提高基于银纳米线的设备的耐用性。

当暴露在空气中时，TIBI 继续进行银未涂层纳米线和金涂层纳米线的实验。实验结果表明，未涂层纳米线在几天内损坏，而金涂层纳米线则持续了 6 个月。

尽管这只是最近的两个研究项目，但纳米线世界仍在努力寻找更好的商业化方法。看看这项技术有多大进步，以及它是否最终可以从研究中采取更强有力的措施进入现实世界的应用，这将是一件有趣的事情。

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