研究人員揭示了為什么納米線會相互粘連

用于傳感器、晶體管、光電設備和其他需要亞原子精度的系統的納米線喜歡粘在一起。解開電線可能是一項艱巨的任務 - 想象一下試圖分離出 1/1000 人類頭發寬度的電線。納米線的自吸引一直是高質量和高效批量制造的一個主要問題，有可能使基于納米線的設備發生災難性短路，但中國的研究人員現在已經揭示了為什么這些組件會相互粘附。

他們于 2021 年 12 月 27 日在Nano Research上發表了他們的工作。

“靜電力、毛細力或范德華力都被認為是納米線自吸引的驅動力，但由于實驗挑戰，其原因仍存在爭議，”第一作者、精密重點實驗室崔俊峰博士說教育部非傳統加工技術、大連理工大學。

納米線在空氣中相互吸引，但它們太小而無法在沒有顯微鏡檢查的情況下進行徹底檢查。納米線通常用電子顯微鏡成像，電子顯微鏡使用電子束來可視化特別小的物體——在像納米線這樣對電子敏感的材料中很難校正這個變量。

這是第 22 條規則：研究人員需要顯微鏡來觀察電線的行為，但顯微鏡會改變它們的行為。因此，研究人員退后一步，采用了光學顯微鏡。雖然不能像電子顯微鏡那樣顯示出幾乎一樣多的細節，但光學顯微鏡使用的可見光不會干擾納米線。

接下來，他們使用可移動的機械手握住人類眉毛，將膠水涂在納米線上并將其固定在基板上。剩余的膠水用于將另一根納米線連接到眉毛上。兩條納米線都在光學顯微鏡下聚焦。

“我們能夠實時測量兩條單獨的納米線之間的距離和相關的吸引力，”崔說，并解釋說他們通過研究納米線如何從其靜止位置偏轉來確定吸引力。“當它們足夠接近時，兩條納米線會瞬間相互連接，這可以歸因于靜電力。”

就像塑料薄膜粘在人的手上一樣，兩條納米線中帶不同電荷的電子隨著距離的減小而增加，并在近距離相互捕捉。而且，就像保鮮膜一樣，需要一些力才能再次將它們分開——準確地說是范德華力。相鄰原子之間的弱相互作用，范德華力很容易通過施加更強的機械力來分離材料來打破。

“提供安全距離是避免納米線聚集在一起并可能發生短路而導致災難性事故的關鍵，尤其是在航空航天和核能領域——但另一方面，納米線自吸引在以下應用中具有巨大潛力，例如納米鑷子或納米機電開關，”崔說。“了解納米線的自吸引力是制造高質量納米線和開發高性能納米線設備的關鍵。我們識別和測量納米線自吸引力的通用方法表明，納米線的吸引行為是可以控制的，因為我們希望。”