拉伸橡胶为组装纳米线提供了更简单的方法

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经开发出一种廉价且简单的方法来组装纳米线，控制它们的排列和密度。研究人员希望这一发现将促进对使用纳米线的一系列设备应用的进一步研究，从纳米电子学到纳米传感器，特别是在橡胶、塑料和纸张等非常规基材上。

“对齐是开发使用纳米线的设备的关键第一步，”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程助理教授、一篇描述该研究的论文的合著者朱勇博士说。“希望我们简单而经济的方法将促进这一领域的研究。”

排列纳米线是一项挑战，因为当它们被创造出来时，用户面对的是大量随机排列的纳米线，从定义上来说，这些线非常小。例如，纳米线的直径在10到100纳米之间，而白细胞的直径约为10000纳米。在进行任何实际应用之前，用户必须以有序的方式组装纳米线。具体来说，用户需要将纳米线对准一个共同的方向，并定义它们的密度——即给定区域内纳米线的数量。控制排列和密度通常被称为“组装”纳米线。

在新方法中，朱的团队将纳米线沉积在拉伸的橡胶基板上，然后释放基板上的张力。当纳米线固定下来时，它们与张力来源成直角排列。想象一根橡皮筋被向东和向西伸展。如果纳米线被放置在橡皮筋上，橡皮筋被允许弹回原来的形状，纳米线就会向北和向南。橡胶基板拉伸越多，纳米线排列越整齐，纳米线密度越大。

以前的研究已经提出了许多其他组装纳米线的方法。但是这种新方法有许多明显的优点。“我们的方法很划算，”参与这个项目的博士生冯旭(音译)说，“因为它非常简单。它也可以用于不同方法合成的纳米线或在不同条件下加工的纳米线，如在溶液中合成的银纳米线和用气-液-固方法合成的硅纳米线，如我们的工作所证明的。”此外，这种新方法可以与以前的方法结合使用，以实现更好的纳米线组装。

在这种方法中使用橡胶基板便于广泛的研究和制造部门。例如，可拉伸纳米电子学研究的一个关键要素是将纳米线排列在可拉伸的橡胶基板上。同样，橡胶也是转移印刷中用作“印章”的材料，转移印刷是一种关键的制造方法，用于在从硅到玻璃到塑料的各种基片上制造纳米器件。

Zhu指出，当纳米线首先沉积在拉伸的橡胶上时，这种方法的第一步有时会产生纳米线排列不一致的程度。该团队目前正在研究纳米线和橡胶基板之间的基本界面力学，包括粘附和静摩擦，这有望更好地控制组装过程，从而提高纳米线组装的成本率。

这篇题为“可拉伸基板上纳米线的应变释放组装”的论文发表于2月22日ACS Nano．该论文由朱、徐、北卡罗来纳州立大学博士生约翰·杜伦和杜克大学助理教授本杰明·威利博士共同撰写。这项研究由美国国家科学基金会资助。

北卡罗来纳州立大学的机械和航空航天工程系是该大学工程学院的一部分。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

纳米线在可拉伸衬底上的应变释放组装

作者: Xu Feng, John W. Durham, III, Yong Zhu, North Carolina State University;Benjamin J. Wiley，杜克大学

发表: 2011年2月22日，ACS Nano

文摘:报道了一种简单而有效的在可拉伸基底上组装高对齐纳米线的方法。在这种方法中，NWs首先转移到应变可拉伸基板。应变释放后，NWs沿横向方向排列，在基体上的覆盖面积增大。这种方法可以应用于沉积在可拉伸薄膜上的任何核束，并且可以重复多次以增加核束的对准和密度。聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底上的银(Ag)和硅(Si)纳米线经过两个组装步骤后，NW向排列的概率从29%增加到90%，Si从25%增加到88%;Ag和Si纳米线的密度分别提高了60%和75%。基体的大应变弹性和基体与基体之间的静摩擦是这种装配方法的关键。我们发现，考虑PDMS体积不可压缩性的模型可以可靠地预测NW向排列程度和NW向密度。通过在PDMS衬底上制作由Si NWs组成的应变传感器阵列，证明了这种装配方法的实用性，器件成品率为95%。