隨著世界各地的電子設(shè)備不斷變得越來越小，使用傳統(tǒng)電子設(shè)備可以制造多小或多薄的設(shè)備將受到限制。對(duì)于那些希望制造透明且靈活的電子產(chǎn)品的消費(fèi)者來說，情況也是如此，因?yàn)樵S多傳統(tǒng)的電子網(wǎng)絡(luò)并非設(shè)計(jì)為以這種方式工作。那么，答案是什么？好吧，根據(jù)需要小型化的設(shè)備部分，會(huì)有不同的答案。納米技術(shù)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(chǎn)品的更多方面不斷受到納米材料的影響。然而，我們?cè)谶@里關(guān)注一種特定類型的納米材料，它在電子學(xué)和納米電子學(xué)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(zhǎng)很細(xì)的納米材料。用技術(shù)術(shù)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?cè)陔娮雍图{米電子設(shè)備中具有很大的潛力。納米線是高導(dǎo)電材料，但考慮到它們的尺寸，它們的導(dǎo)電能力不如體積較大的電子產(chǎn)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(nèi)的電子被限制在一個(gè)維度上，而無法在其他兩個(gè)維度上移動(dòng)——這是一種在許多納米材料中發(fā)現(xiàn)的量子限制，因?yàn)樗鼈兊男〕叽鐣?huì)帶來有趣的量子現(xiàn)象。因?yàn)殡娮又荒茉谝痪S運(yùn)動(dòng)，

與散裝材料相比，納米線中的電子態(tài)確實(shí)有所不同。由于納米線的量子效應(yīng)，納米線的電子將占據(jù)離散的能帶，而不是狀態(tài)的連續(xù)體。即使每個(gè)電子都被量子限制——因?yàn)榧{米線內(nèi)的勢(shì)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(dòng)。這是它們高導(dǎo)電性的決定因素。納米線也可以捆綁在一起，以增加在一個(gè)小的局部空間內(nèi)可能的導(dǎo)電程度，并且它們可以很容易地集成到其他材料的基質(zhì)中以使其導(dǎo)電。

與僅依靠銅來導(dǎo)電的傳統(tǒng)導(dǎo)線不同，當(dāng)今存在許多不同類型的納米線。納米線可以由超導(dǎo)材料（例如釔鋇銅氧化物 (YCBO)）或金屬（包括鉑、銀、金和鎳）或半導(dǎo)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?yàn)榫哂行路f成分的納米線一直在問世。在許多情況下，從化學(xué)角度來看，許多納米線本質(zhì)上是無機(jī)的。

納米線可以廣泛使用的電子應(yīng)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(duì)容易地關(guān)閉和打開。此外，由于它們的尺寸，納米線晶體管不會(huì)像它們的體晶體管那樣受到雜質(zhì)的不良影響，這使得制造更便宜和更容易，因?yàn)椴灰欢ㄐ枰獰o雜質(zhì)的材料。雖然許多納米線晶體管需要一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)來幫助控制電子流，但一些生產(chǎn)的器件不包含結(jié)，電子流由擠壓納米線的圓形結(jié)構(gòu)控制——這會(huì)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(yīng)用領(lǐng)域可能會(huì)受益。其中包括柔性電子設(shè)備和傳感器。目前有關(guān)于柔性電子產(chǎn)品的熱議，特別是因?yàn)樗幸恍┓浅？苹玫臇|西。當(dāng)人們意識(shí)到二維材料可用于電子設(shè)備的電池和觸摸屏?xí)r，他們開始對(duì)柔性電子產(chǎn)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(jié)合到各種薄層復(fù)合材料中，并可以充當(dāng)柔性導(dǎo)電介質(zhì)。然后它們可以與設(shè)備中的任何其他柔性材料一起彎曲，而不會(huì)影響設(shè)備的導(dǎo)電性。另外，因?yàn)樗鼈兲×?，它們幾乎是不可見的，不?huì)構(gòu)成屏幕的光學(xué)透明度。柔性電子產(chǎn)品領(lǐng)域可能包括手機(jī)和筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品以及用于醫(yī)療和健身應(yīng)用的可穿戴設(shè)備。

對(duì)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(cè)量各種化學(xué)品、氣體和生物分子以及 pH 值?；诩{米線的傳感器具有與場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 的工作方式非常相似的傳感機(jī)制。在基于納米線的傳感器中，納米線通常由半導(dǎo)體材料制成。當(dāng)傳感器表面的受體與目標(biāo)分子之間發(fā)生相互作用時(shí)，它會(huì)引起表面電位的變化，從而改變半導(dǎo)體中空穴和/或電子的局部密度——然后產(chǎn)生可檢測(cè)和可測(cè)量的變化。

結(jié)論

納米線提供了一種通過充當(dāng)設(shè)備中組件之間的導(dǎo)電介質(zhì)來使電子設(shè)備小型化并創(chuàng)建更靈活的電子設(shè)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(zhǎng)軸流動(dòng)，納米線可以捆綁在一起，在更小的空間區(qū)域中產(chǎn)生更高的電導(dǎo)率。納米線可廣泛用于電子領(lǐng)域的各種應(yīng)用，最常見的是晶體管，但也可用于柔性和可穿戴電子產(chǎn)品、透明電子產(chǎn)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(xué)和納米技術(shù)，以及分子水平的基本原理如何應(yīng)用于許多不同的應(yīng)用領(lǐng)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(xué)家和非科學(xué)家解釋復(fù)雜的科學(xué)主題。Liam 在與化學(xué)和納米技術(shù)交叉的各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)表了 350 多篇文章。

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

除了寫作之外，利亞姆還是美國(guó)國(guó)家石墨烯協(xié)會(huì) (NGA)、全球組織納米技術(shù)世界網(wǎng)絡(luò) (NWN) 的顧問委員會(huì)成員，以及英國(guó)科學(xué)慈善機(jī)構(gòu) GlamSci 的董事會(huì)成員。Liam 還是英國(guó)納米醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì) (BSNM) 和國(guó)際先進(jìn)材料協(xié)會(huì) (IAAM) 的成員，以及多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的同行評(píng)審員。

審核編輯黃宇