Nanomalzemeler, 1 ve 100 nanometre arasında en az bir boyutla mühendisleştirilmiş yapılardır. Bu ölçekde, malzemeler temel olarak yeni davranışlar sergileyebilir - büyük yüzey alanı hacim oranlarına, kuantum sınırlı etkilere ve değişen elektronik grup yapıları - bu, nanomalzemelerdeki araştırmacılar için sistematik olarak cazip hale getirir; bu nanomalzemelerdeki performansları, elektronik bileşenlerin performanslarını, verimliliği ve güvenilirliğini, daha hızlı işlemcileri, daha yüksek çözünürlükte daha hızlı bir şekilde üretmemizi sağlar.

Nanomalzemeler Nedir?

Nanomalzemeler, tanımlayan özelliklerin nanometre büyüklüğündeki çeşitli bir aileyi kapsar ve konfersiyonların yeni özellikleri ile sınıflandırılabilir: sıfır boyutlu (nanopartiküller, kuantum dotartiküller), bir boyutlu (nanoteller, nanotüpler, nanotüpler), ve iki boyutlu (zengin, geçiş metal dichalcogenides, hexagonal boron nitride).

En ince nanomalzemeler karbon tümotropestir - karbon nanotüpler (CNTs) ve grafikte ayarlanan tek karbon nanotüpler, bir oda sıcaklığı elektron hareketliliğine bağlı olarak, silikon Kuantum dotları, nano ölçekli transistörler ve interconnectler için adaylara sahip, bir hexagonal latticede ayarlanan tek bir atomik tabaka, bir oda sıcaklığın fazla ısınmasına bağlı olarak, 200.000 cm2/V*s, çok fazla silikonu aşarak.

Nanomalzemelerin olağanüstü özellikleri iki temel faktörden ortaya çıkıyor: yüzey atomlarının (bu kimyasal reaktivite ve elektronik devletler) ve kuantum sınırlılığı (bu, betonun boyutuna yaklaşırken, boyutlar eksiltme Bohr yarının yaklaştığında enerji seviyelerini bozuyor).

Performansın Mekanikleri

Nanomalzemelerin faydaları genellikle nitel olarak tanımlandığında, elektronik bileşen performansında her gelişimin altında özel fiziksel mekanizmaları tanımlar.Bu mekanizmaların pratik cihazları tasarlamak için anahtardır.

Geliştirilmiş Elektrik Davranışı

Bazı nanomalzemelerin sunduğu en doğrudan gelişme, elektrik iletkenliği içinde dramatik bir artıştır. Graphene, örneğin, özellikle de mikrometrelerin oda sıcaklığında şarj edilmesi için ücretsiz bir yol vardır - bakır tellerin bakırın saçılma ve yüksek çözünürlükte nano boyuttan daha düşüklüğün düşmesi anlamına gelir.

Nanoscale

Sıcaklık dağılımı elektronik performans için büyüyen bir şişenck. Nanomalzemeler son derece yüksek termal iletkenliklerle entegre edilebilirler, nanotüplerin boyutlandırma siparişleri ile ısı geçişi sağlar.Bu kompozitler, oda sıcaklığında 5000 W/m·K'da ısınıyor - ek olarak elmas ve bakır, polimer matriksleri bir kompozit olarak dahil edildiğinde, nanotüpler ve yüksek çözünürlükte ısı geçişi sağlar.

Mekanik Dondurma ve Durability

Elektronik bileşenler genellikle üretim sırasında mekanik stres, montaj ve operasyon sırasında deneyimleyebilir. Nanomalzemeler polimerleri güçlendirebilir, satçılar ve hatta silikon yapıları önemli ağırlık veya hacim eklemeden azaltılabilir.In esnek elektronik, gümüş nanotel veya grafik filmler için 100 GPa for CNTs) ve elastik modulus (~1 TPa).

Roman Fonksiyonellik için Kuantum Etkileri

Kuantum noktaları ve diğer nano ölçekli yarı iletkenler, boyut kontrolü ile kıyaslanamazlık gösterir. Bu, geniş bir ⁇ aralığında ışık dökmek veya hafif bir enerji seviyeleri boyunca ışık tutmalı, kuantum devreleri (QLED) ve qubitler için organik LED'lere kıyasla daha fazla renkte ve verimlilik sağlar. Ayrıca yüksek performanslı fotodetektörler ve güneş hücreleri oluşturmak için de kullanılabilir.

Elektronik Bileşenlerin Anahtar Uygulamaları

Nanomalzemelerin dönüştürücü özellikleri neredeyse her elektronik bileşen kategorisine uygulanır. Aşağıdaki bölümler belirli örnekler ve mevcut araştırma durumu ile ilgili temel uygulama alanları ayrıntılı olarak ayrıntılı olarak incelenir.

Transistörler ve Mantık Cihazları

Silikon alanı-sonuçlu transistörler (FETs) temel fiziksel sınırlara yaklaşıyor: 5 nm altındaki kapı uzunluğu, sabit disklerin mükemmel elektrostatik kontrolü ve diğer gruplar için kanıtlanmış olan iki boyutlu diskin (CTFET) üzerindeki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte veya düşük devrelerde çalışan CNTFET'ler (CNTFET) ile birlikte, nano-partiküller sunar.

Enerji Depolama ve Dönüşüm

Nanomalzemeler pilleri ve süper kapasiteleri devrime sahiptir.In lityum-ion aküler, nanoyapılan yüzeyler veya nanoteller, hafife almadan hacim genişlemesini sağlayabilir ve ölçüm kapasitesinin arttırılmasına olanak sağlar.In lityum-iyon aküler, nanoyapısal sistemler için 372 mAh / glikonlar, yüksek enerjili yüzeyler için yüksek kapasiteli yüzeyler için yüksek hıza sahiptir.

Depolamanın ötesinde, nanomalzemeler enerji dönüşümüne katkıda bulunur. kuantum dots veya karbonatları dahil eden güneş hücreleri, nanoyapılı bismuth telluride veya silikon nanoteller kullanarak sertifikalı efficileri başarıyla karşıladılar.

Sensörler ve sensörler

Nanomalzeme tabanlı sensörler yüksek yüzey alanı ve yüzey duyarlılığından yararlanır. Biyosensörler için grafik veya karbon nanotüpleri kullanarak gaz molekülleri tespit edebilir.Bu tür testler veya metal nanoparçapartiküller ile fonksiyonelleştirme, organik fotodeptör etkileşimlerine de fayda sağlar.

Esnek ve Giyilebilir Elektronik

Birçok nanomalzemeler, bazı ticari ürünlerde ITO'yu değiştirmek, çünkü onlar iyileştirilebilir ve hatta katlanabilir elektronik iletkenliği ve mekanik sağlamlığı, ısıyı ölçen, ısıyı ve ter kompozisyonunu sağlayan, karbon nanotüp ipliklerini değiştirmek için kullanılabilir.

Interconnects and Thermal Interface Materials

Bahsettiği gibi, karbon nanotüp interconnects, yüksek mevcut araç kapasitesi nedeniyle yerel interconnectler olarak araştırılabilir.Kronik veya boron nitrit nanotubes, tabakalar arasında termal direnci azaltır, soğutma güvenilirliğini arttırır ve bazı ticari termal salaklar da yüksek akım yükleyici kapasiteleri nedeniyle karbon nanotüpler içerir.

Vaka Çalışmaları: Gerçek Dünya Uygulamaları

Birçok önemli örnek, laboratuvardan ürüne geçiş göstermektedir. 2021 yılında IBM, aynı anda silikonla karşılaştırılabilir 2 nm nanoform teknolojisi açıkladı, kanal için nanomalzemeler kullanıyor ancak yeni malzemeler ve süreçleri içeriyor. Ancak, daha önce IBM, 9 nm kapısı uzunluğu ile ilk karbon nanotüplü transistörleri gösterdi, aynı zamanda geniş renkli kumar oynamaları için karşılaştırılabilir performans gösterir.In enerji depolamada, Samsung SDI, bu nanomalzemesel ölçümler için geliştirilmiş olan nanoparçaplar için daha yüksek kapasiteye ve daha hızlı şarj sağlar.

Meydanlar ve Sınırlar

Büyük sözlüğe rağmen, birçok engel yaygın iş kabul edilir.ETHFLT:0))) Karbon nanotüpler için ) en iyi performans alanlarının sentezlenmesi, uygun fiyatlı nanomalzemelerin, cihazların performanslarının arttırılması için çok sayıda mikropartiküle yol açar.

Future Yol ve Araştırma Önceliği

Önümüzdeki sefere, araştırmacılar bu zorlukların üstesinden gelmeye odaklanırlar, yeni sınırları keşfederken, iki boyutlu malzemeler de grafikerlerin ötesindeki iki boyutlu malzemeler, metal dichalcogenides ve hexagonal boron nitride - optoelektronik ve yüksek dielektrik gücü gibi tamamlayıcı özellikler, nanomorfik sistemlerdeki nanomorfikatörlerin dinamikleri ile birlikte hareket eden optik sinerik sistemlerle birlikte hareket eder.

[FONT:0) Nesnelerin İnterneti (IoT)) ve ubiquitous algılama, düşük maliyetli cihazlar için talep edebilir, esnek yüzeylerde basılabilir nanomalzeme sensörleri. Roll-to-roll baskısı nanotel elektrotlar ve grafiklere baskı zaten geliştirilir.

Sürdürülebilirlik aynı zamanda ortaya çıkan bir önceliktir. Nanomalzemeler, ünite başına yüksek performans nedeniyle maddi kullanımları azaltabilir, ancak sentezleri genellikle yüksek enerji tüketimi veya toksik kimyasallar içerir. Biyo-temle sentez veya recyclable malzemeler kullanılarak yapılan Green kimya yaklaşımlar araştırılabilir.Incorporating nanomalzemeler uzun vadeli viability için gerekli olacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nanomalzemeler artık akademik araştırma için bir merak değildir; daha hızlı, daha küçük, enerji verimli ve daha yetenekli olan gerçek elektronik bileşenleri aktif olarak geliştiriyorlar. Geliştirilen elektrik iletkenliği, üstün termal yönetim, mekanik esneklik ve kuantum bazlı elektronik pozisyonlarının, endüstrideki rolünü genişletmeye devam ettiğini gösteriyor.