为什么纳米线对电子产品来说可能是一件大事

随着世界各地的电子设备不断变得越来越小，使用传统电子设备可以制造多小或多薄的设备将受到限制。对于那些希望制造透明且灵活的电子产品的消费者来说，情况也是如此，因为许多传统的电子网络并非设计为以这种方式工作。那么，答案是什么？好吧，根据需要小型化的设备部分，会有不同的答案。纳米技术可以使柔性透明屏幕、电池、电容器和电路板变得更高效、更小/更灵活；电子产品的更多方面不断受到纳米材料的影响。然而，我们在这里关注一种特定类型的纳米材料，它在电子学和纳米电子学中显示出巨大的潜力，这就是纳米线。

什么是纳米线？

纳米线是很长很细的纳米材料。用技术术语来说，这意味着它们具有高纵横比。鉴于这与传统电线的几何形状相似，它们在电子和纳米电子设备中具有很大的潜力。纳米线是高导电材料，但考虑到它们的尺寸，它们的导电能力不如体积较大的电子产品，但它们的小尺寸使它们非常有用。纳米线也是一维 (1D) 纳米材料。这意味着纳米线内的电子被限制在一个维度上，而无法在其他两个维度上移动——这是一种在许多纳米材料中发现的量子限制，因为它们的小尺寸会带来有趣的量子现象。因为电子只能在一维运动，

与散装材料相比，纳米线中的电子态确实有所不同。由于纳米线的量子效应，纳米线的电子将占据离散的能带，而不是状态的连续体。即使每个电子都被量子限制——因为纳米线内的势阱彼此靠近——它们可以通过电子连接井之间的隧道。这使电子能够以最小的阻抗在孔之间流动。这是它们高导电性的决定因素。纳米线也可以捆绑在一起，以增加在一个小的局部空间内可能的导电程度，并且它们可以很容易地集成到其他材料的基质中以使其导电。

与仅依靠铜来导电的传统导线不同，当今存在许多不同类型的纳米线。纳米线可以由超导材料（例如钇钡铜氧化物 (YCBO)）或金属（包括铂、银、金和镍）或半导体（例如砷化镓、硅和磷化铟）或绝缘材料制成如二氧化硅和二氧化钛。这些只是一些最常见的例子，因为具有新颖成分的纳米线一直在问世。在许多情况下，从化学角度来看，许多纳米线本质上是无机的。

纳米线可以广泛使用的电子应用

纳米线的最大潜力在于晶体管。由于它们的高纵横比，很容易在纳米线周围制造介电栅极，这使得它们能够相对容易地关闭和打开。此外，由于它们的尺寸，纳米线晶体管不会像它们的体晶体管那样受到杂质的不良影响，这使得制造更便宜和更容易，因为不一定需要无杂质的材料。虽然许多纳米线晶体管需要一个半导体结来帮助控制电子流，但一些生产的器件不包含结，电子流由挤压纳米线的圆形结构控制——这会增加或减少电子流，具体取决于戒指处于“放松”或“挤压”状态。

未来还有一些其他应用领域可能会受益。其中包括柔性电子设备和传感器。目前有关于柔性电子产品的热议，特别是因为它有一些非常科幻的东西。当人们意识到二维材料可用于电子设备的电池和触摸屏时，他们开始对柔性电子产品感到兴奋。但是这些组件仍然需要连接，这就是纳米线可以发挥作用的地方。纳米线可以结合到各种薄层复合材料中，并可以充当柔性导电介质。然后它们可以与设备中的任何其他柔性材料一起弯曲，而不会影响设备的导电性。另外，因为它们太小了，它们几乎是不可见的，不会构成屏幕的光学透明度。柔性电子产品领域可能包括手机和笔记本电脑等消费电子产品以及用于医疗和健身应用的可穿戴设备。

对于传感器，很多人都知道纳米材料提升了各类传感器的传感能力。到目前为止，纳米线传感器已用于测量各种化学品、气体和生物分子以及 pH 值。基于纳米线的传感器具有与场效应晶体管 (FET) 的工作方式非常相似的传感机制。在基于纳米线的传感器中，纳米线通常由半导体材料制成。当传感器表面的受体与目标分子之间发生相互作用时，它会引起表面电位的变化，从而改变半导体中空穴和/或电子的局部密度——然后产生可检测和可测量的变化。

结论

纳米线提供了一种通过充当设备中组件之间的导电介质来使电子设备小型化并创建更灵活的电子设备的方法。与传统电线非常相似，纳米线中的电子将沿着材料的长轴流动，纳米线可以捆绑在一起，在更小的空间区域中产生更高的电导率。纳米线可广泛用于电子领域的各种应用，最常见的是晶体管，但也可用于柔性和可穿戴电子产品、透明电子产品和传感器。

利亚姆·克里奇利 ( Liam Critchley ) 是一位作家、记者和传播者，专门研究化学和纳米技术，以及分子水平的基本原理如何应用于许多不同的应用领域。利亚姆最出名的可能是他的信息丰富的方法以及向科学家和非科学家解释复杂的科学主题。Liam 在与化学和纳米技术交叉的各个科学领域和行业发表了 350 多篇文章。

Liam 是欧洲纳米技术工业协会 (NIA) 的高级科学传播官，过去几年一直在为全球的公司、协会和媒体网站撰稿。在成为一名作家之前，利亚姆完成了化学与纳米技术和化学工程的硕士学位。

除了写作之外，利亚姆还是美国国家石墨烯协会 (NGA)、全球组织纳米技术世界网络 (NWN) 的顾问委员会成员，以及英国科学慈善机构 GlamSci 的董事会成员。Liam 还是英国纳米医学学会 (BSNM) 和国际先进材料协会 (IAAM) 的成员，以及多个学术期刊的同行评审员。

审核编辑黄宇