随着纳米科技的快速发展，纳米线（NW）作为一种重要的纳米材料，因其在电子器件、传感器和光电组件等领域的潜在应用，引起了科学家的广泛关注。纳米线是具有一维结构的材料，其独特的物理和化学性质使其在高性能纳米器件中发挥着重要作用。然而，尽管其应用前景广阔，纳米线的大规模生产仍面临诸多挑战，尤其是高有序单晶金属纳米线的制备。在传统的纳米线生长技术中，由于蒸汽压力限制、化学还原过程中的问题以及晶粒生长机制的复杂性，大规模、高密度、有序单晶金属纳米线的生产一直受到制约。这些问题导致了纳米线生长的不均匀性以及难以控制的生长方向，从而限制了其在实际应用中的性能和稳定性。特别是对于铝（Al）纳米线的研究，尽管其在气体传感器、生物标记物和光电组件等方面具有潜在的应用价值，但由于铝的高反应性和低蒸汽压，如何实现其大规模、高质量的生长成为了一个重要的研究难题。为了解决上述问题，浙江大学巨阳及名古屋大学Yasuhiro Kimura共同通讯在“Science”期刊上发表了题为“Growth of metal nanowire forests controlled through stress fields induced by grain gradients”的最新论文。研究者们尝试了各种方法来提高纳米线的生长效率和质量。近期的研究发现，通过聚焦离子束（FIB）辐射诱导的局部晶粒粗化，能够有效增强纳米线的生长驱动力，并在固体薄膜中形成纳米线生长的核。这种方法不仅能够控制晶粒的生长路径，还可以利用局部的应力场和弹性极限各向异性来引导纳米线的生长。此外，FIB 辐射还可以通过调控氧和镓杂质的分离，进一步优化纳米线的生长环境。这一技术的突破使得在期望的位置成功构建出高密度、垂直生长的单晶铝纳米线森林成为可能。
1. 实验首次提出了一种铝（Al）纳米线（NW）森林的生长技术，克服了传统大规模生产高有序单晶金属纳米线的挑战。通过使用 FIB 辐射诱导的局部晶粒粗化，这种技术能够增强驱动力并形成纳米线生长的核。与传统方法相比，此技术在控制生长位置和方向方面具有显著优势。2. 实验通过 FIB 辐射诱导的局部晶粒粗化以及氧和镓杂质的分离，成功控制了应力场、晶粒梯度和弹性极限各向异性，从而有效地引导了纳米线的生长路径。3. 结果表明，利用这一技术可以在指定位置构建密集的金属纳米线森林。与其他无序平面网络纳米线不同，所获得的高密度、垂直生长的单晶铝纳米线森林具有广泛的应用前景，特别是在高性能纳米器件如气体传感器、生物标记物和光电组件中表现出良好的应用潜力。本文提出了一种新颖的铝（Al）纳米线（NW）森林生长技术，有效解决了传统高有序单晶金属纳米线在大规模生产中的挑战。研究表明，通过 FIB 辐射诱导局部晶粒粗化，可以显著增强生长驱动力，并在所需位置形成纳米线的生长核。这种技术控制了应力场的分布、局部弹性极限的各向异性以及扩散蠕变，表明局部晶粒粗化与氧、镓杂质的分离在引导纳米线生长路径中的重要作用。该方法能够在特定位置构建密集的铝纳米线森林，与碳纳米管（CNTs）和半导体纳米线的生长方式相似。不同于其他无序的平面网络纳米线，这种高密度且垂直生长的单晶铝纳米线森林具有广泛的应用前景，如气体传感器、生物标记物和光电组件。本文的研究为实现高性能纳米器件提供了一种新的技术途径和理论依据，有望推动相关领域的发展。文章链接：
https://doi.org/10.1126/science.adn9181
文章来源：低维材料前沿
IEEE Spectrum
《科技纵览》
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