為什么納米線對電子產品來說可能是一件大事

隨著世界各地的電子設備不斷變得越來越小，使用傳統(tǒng)電子設備可以制造多小或多薄的設備將受到限制。對于那些希望制造透明且靈活的電子產品的消費者來說，情況也是如此，因為許多傳統(tǒng)的電子網絡并非設計為以這種方式工作。那么，答案是什么？好吧，根據需要小型化的設備部分，會有不同的答案。納米技術可以使柔性透明屏幕、電池、電容器和電路板變得更高效、更小/更靈活；電子產品的更多方面不斷受到納米材料的影響。然而，我們在這里關注一種特定類型的納米材料，它在電子學和納米電子學中顯示出巨大的潛力，這就是納米線。

什么是納米線？

納米線是很長很細的納米材料。用技術術語來說，這意味著它們具有高縱橫比。鑒于這與傳統(tǒng)電線的幾何形狀相似，它們在電子和納米電子設備中具有很大的潛力。納米線是高導電材料，但考慮到它們的尺寸，它們的導電能力不如體積較大的電子產品，但它們的小尺寸使它們非常有用。納米線也是一維 (1D) 納米材料。這意味著納米線內的電子被限制在一個維度上，而無法在其他兩個維度上移動——這是一種在許多納米材料中發(fā)現(xiàn)的量子限制，因為它們的小尺寸會帶來有趣的量子現(xiàn)象。因為電子只能在一維運動，

與散裝材料相比，納米線中的電子態(tài)確實有所不同。由于納米線的量子效應，納米線的電子將占據離散的能帶，而不是狀態(tài)的連續(xù)體。即使每個電子都被量子限制——因為納米線內的勢阱彼此靠近——它們可以通過電子連接井之間的隧道。這使電子能夠以最小的阻抗在孔之間流動。這是它們高導電性的決定因素。納米線也可以捆綁在一起，以增加在一個小的局部空間內可能的導電程度，并且它們可以很容易地集成到其他材料的基質中以使其導電。

與僅依靠銅來導電的傳統(tǒng)導線不同，當今存在許多不同類型的納米線。納米線可以由超導材料（例如釔鋇銅氧化物 (YCBO)）或金屬（包括鉑、銀、金和鎳）或半導體（例如砷化鎵、硅和磷化銦）或絕緣材料制成如二氧化硅和二氧化鈦。這些只是一些最常見的例子，因為具有新穎成分的納米線一直在問世。在許多情況下，從化學角度來看，許多納米線本質上是無機的。

納米線可以廣泛使用的電子應用

納米線的最大潛力在于晶體管。由于它們的高縱橫比，很容易在納米線周圍制造介電柵極，這使得它們能夠相對容易地關閉和打開。此外，由于它們的尺寸，納米線晶體管不會像它們的體晶體管那樣受到雜質的不良影響，這使得制造更便宜和更容易，因為不一定需要無雜質的材料。雖然許多納米線晶體管需要一個半導體結來幫助控制電子流，但一些生產的器件不包含結，電子流由擠壓納米線的圓形結構控制——這會增加或減少電子流，具體取決于戒指處于“放松”或“擠壓”狀態(tài)。

未來還有一些其他應用領域可能會受益。其中包括柔性電子設備和傳感器。目前有關于柔性電子產品的熱議，特別是因為它有一些非?？苹玫臇|西。當人們意識到二維材料可用于電子設備的電池和觸摸屏時，他們開始對柔性電子產品感到興奮。但是這些組件仍然需要連接，這就是納米線可以發(fā)揮作用的地方。納米線可以結合到各種薄層復合材料中，并可以充當柔性導電介質。然后它們可以與設備中的任何其他柔性材料一起彎曲，而不會影響設備的導電性。另外，因為它們太小了，它們幾乎是不可見的，不會構成屏幕的光學透明度。柔性電子產品領域可能包括手機和筆記本電腦等消費電子產品以及用于醫(yī)療和健身應用的可穿戴設備。

對于傳感器，很多人都知道納米材料提升了各類傳感器的傳感能力。到目前為止，納米線傳感器已用于測量各種化學品、氣體和生物分子以及 pH 值?；诩{米線的傳感器具有與場效應晶體管 (FET) 的工作方式非常相似的傳感機制。在基于納米線的傳感器中，納米線通常由半導體材料制成。當傳感器表面的受體與目標分子之間發(fā)生相互作用時，它會引起表面電位的變化，從而改變半導體中空穴和/或電子的局部密度——然后產生可檢測和可測量的變化。

結論

納米線提供了一種通過充當設備中組件之間的導電介質來使電子設備小型化并創(chuàng)建更靈活的電子設備的方法。與傳統(tǒng)電線非常相似，納米線中的電子將沿著材料的長軸流動，納米線可以捆綁在一起，在更小的空間區(qū)域中產生更高的電導率。納米線可廣泛用于電子領域的各種應用，最常見的是晶體管，但也可用于柔性和可穿戴電子產品、透明電子產品和傳感器。

利亞姆·克里奇利 ( Liam Critchley ) 是一位作家、記者和傳播者，專門研究化學和納米技術，以及分子水平的基本原理如何應用于許多不同的應用領域。利亞姆最出名的可能是他的信息豐富的方法以及向科學家和非科學家解釋復雜的科學主題。Liam 在與化學和納米技術交叉的各個科學領域和行業(yè)發(fā)表了 350 多篇文章。

Liam 是歐洲納米技術工業(yè)協(xié)會 (NIA) 的高級科學傳播官，過去幾年一直在為全球的公司、協(xié)會和媒體網站撰稿。在成為一名作家之前，利亞姆完成了化學與納米技術和化學工程的碩士學位。

除了寫作之外，利亞姆還是美國國家石墨烯協(xié)會 (NGA)、全球組織納米技術世界網絡 (NWN) 的顧問委員會成員，以及英國科學慈善機構 GlamSci 的董事會成員。Liam 還是英國納米醫(yī)學學會 (BSNM) 和國際先進材料協(xié)會 (IAAM) 的成員，以及多個學術期刊的同行評審員。

審核編輯黃宇