Defekt er nano-perfekt

Små krystalldefekter kan trolig utnyttes til å masseprodusere slike nanorør som trengs til framtidas informasjons- og energiteknologi.

Song Jin
Song Jin

Song Jin ved det amerikanske University of Wisconsin-Madison har vist hvordan nanorør kan formes ved å utnytte uregelmessigheter i krystaller som får dem til å vri seg.

Nå har Jin og hans team vist hvordan disse vridningene kan utnyttes slik at tynne flak av sinkoksyd krøller seg til nanorør.

Billigere og enklere å lage nanorør

Nanorør er atomer som er ordnet i et hønsenetting-lignende mønster i en sylinderform. Denne spesielle strukturen gjør nanorørene både lette og sterke.

Et hult nanorør av sinkoksyd fotografert med elektronmikroskop (Foto: Song Jin)
Et hult nanorør av sinkoksyd fotografert med elektronmikroskop (Foto: Song Jin)

Fram til nå har forskerne måttet bruke andre og mer tungvinte prosesser for å lage nanorør. Jin håper nå at den nye kunnskapen kan føre til at nanorør kan produseres billigere og i større skala.

Forskerne håper at fenomenet også kan overføres til andre stoffer, for eksempel karbon. Nanorør av karbon og andre stoffer kan få anvendelse i alt fra neste generasjons solceller og batterier til superdatamaskiner.

”Skeive skiver”

Vridningen som forskerne utnytter, kalles skrue-dislokasjon. Dislokasjon er vanlig når stoffer krystalliserer, for eksempel i bergarter eller metaller som størkner.

Skjematisk framstilling av nanorør som dannes ved hjelp av skrue-dislokasjoner. (Figur: Song Jin)
Skjematisk framstilling av nanorør som dannes ved hjelp av skrue-dislokasjoner. (Figur: Song Jin)

Dislokasjon vil si at det blir en forskyvning, en skjevhet i krystallstrukturen. Ett lag av atomer kan være parallellforskjøvet eller vridd i forhold til lagene over og under.

Dette skjer fordi ikke alle atomene festner seg samtidig i krystallgitteret når krystallet dannes. Forurensinger, mekanisk spenning eller andre uregelmessigheter kan føre til at noen plasser i gitteret blir stående tomme, eller at mønsteret på annen måte brytes.

Dislokasjoner fører til lokale spenninger i krystallet. Det er disse spenningene som Song Jin og hans team har utnyttet til å oppnå at tynne flak av sinkoksyd vrir seg til en hul sylinderform.

Gamle knep for sterkere stål

Men dislokasjoner kan også utnyttes til å gjøre materialer sterkere i større skala. Dette har ikke noe med nanorørene til Song Jin å gjøre, men det er faktisk slik at jo flere dislokasjoner det er i et metall, desto sterkere blir det.

Dette har mennesker utnyttet lenge før de visste hva dislokasjon var. Metall kan for eksempel herdes ved å slå på det, såkalt arbeidsherding. Da oppstår mange nye dislokasjoner i metallet. Dette ble brukt i landbruket i gamle dager for å herde ljåblad.

Et gammelt sirkusknep baserer seg også på dislokasjon. En ”sterk mann” bøyer en metallstang. Selve bøyningen lager dislokasjoner i metallet, slik at det blir sterkere. Når publikum siden inviteres til å prøve, blir det umulig å bøye stangen tilbake.

Ny vri

Dislokasjoner ble teoretisk utredet av den italienske matematikeren og fysikeren Vito Volterra i 1905, men først påvist ved hjelp av elektronmikroskop på 1930-tallet.

Song Jin og hans kolleger utnytter derfor et gammelt og velkjent fenomen på en helt ny måte. Resultatene presenteres i en artikkel i tidsskriftet Science 23. april.

Lenker/referanse:

Tidsskriftet Science

Powered by Labrador CMS