原子扩散技术可实现金属纳米线的大规模生产

日本名古屋大学的一个研究小组发明了一种新技术，用于生产有望用于下一代电子产品的微型金属纳米线 (NW)。他们的研究结果提出了一种批量生产纯金属纳米线的方法，而迄今为止，这种方法限制了它们的使用。

新技术有望提高电子产品的生产效率，包括电路、LED 和太阳能电池。这项研究发表在《科学》杂志上。

纳米线的大规模生产一直具有挑战性，因为在保持质量和纯度的同时扩大生产规模非常困难。纳米线非常小，因此它们是通过运输原子(物质的最小成分)制成的，通常是在气相状态下。然而，金属很难做到这一点，这阻碍了这些电子产品重要部件的生产。

为了解决这个问题，名古屋大学工程研究生院的 Yasuhiro Kimura 领导的研究小组利用离子束辐照增强的固相态原子扩散，从单晶中创建了铝纳米线。

原子扩散是原子或分子通过热作用下的应力状态改变从高浓度区域移动到低浓度区域的过程。

利用离子束照射铝薄膜内部的晶粒，使表层晶粒粗化，引起应力分布的变化，引导原子流动，为特定位置的纳米线生长提供大量原子原料。

实际上，当施加热量时，原子会通过梯度从底部的细颗粒向上流动到顶部的粗颗粒，从而导致纳米线的质量生长。

“我们将铝纳米线的密度从每平方厘米2x10 5 个纳米线提高到每平方厘米 180×10 5 个纳米线，”Kimura 说道。“这一成果为自下而上的金属纳米线生长方法铺平了道路，迄今为止，这种方法只是偶然生长出来的，而且数量很少。原则上，这种方法也可以扩展到其他金属。”

由于铝纳米线具有独特的特性，例如表面积大、由单晶制成而具有的良好机械性能以及抗自然氧化性，因此有望用作传感设备和光电子器件的纳米元件。

Kimura 解释说：“我们仅使用三个关键过程就实现了森林状金属纳米线的大规模生长：在基底上沉积薄膜、离子束辐照和加热。”

“我们的技术解决了建立大规模生产方法的迫切需求，特别是在生产气体传感器、生物标志物和光电元件等高性能纳米设备方面。”