名古屋大學開發出鋁奈米線大量森林狀生長技術

 

刊登日期:2024/9/18
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日本名古屋大學發現了透過控制薄膜中的極細結晶粒大量傳輸金屬原子的原理,並開發了一項利用原子擴散實現鋁奈米線大規模森林狀生長的方法。此項技術使用了離子束照射的簡單方法在目標位置生長純金屬奈米線,將可望有助於目前尚未建立之金屬奈米線製造技術的開發。在此項研究中名古屋大學著眼於金屬薄膜內部的結晶粒。離子束照射僅使薄膜表層的結晶粒粗粒化,產生薄膜表層為粗晶粒、薄膜下層為細晶粒的晶粒斜度,而此晶粒斜度引發原子擴散驅動力增加的機制則透過有限元素分析的數值計算予以確認。

當離子束照射後加熱薄膜之際,原子會經過幾個過程進行傳輸,進入了生長成奈米線的準備階段。在初期階段,由於降伏應力的粒徑依賴性,晶粒斜度導致原子向上流動,將許多原子傳輸到薄膜表面。在後續步驟中,由於降伏應力的方向依賴性,產生原子流向特定晶粒的狀態。所有這些原子的流動都是基於靜水壓應力斜度,並且可以使用有限元素分析計算出數值。而累積了許多原子的晶粒即如同解放般以奈米線的形式生長。名古屋大學利用此項方法,成功地在沉積於矽基板之鋁與氧化鋁的薄膜上,生長出每平方公分上多達1,800萬根,如同森林般的鋁奈米線。

純金屬奈米線在次世代感測設備的氣體感測器、生物標記物(Biomarkers),或是應用於次世代光電元件相關的電漿子波導等用途,因可做為各種微奈米元件的構成材料而受到關注,但尚未建立大規模的量產方法。由於利用新技術的生長過程原則上可以應用於其他金屬,因此未來將可望成為透過原子自行組織化之金屬奈米線製造技術的起點。


資料來源: https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/upload_images/20240809_engg.pdf
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