دانشمندانی از MIT، کاربردهای فراوانی برای آرایه‌های چگال خود که از ستون‌هایی از سیلیکون تک‌بلوره بلند و نازک تشکیل می‌شوند، یافته‌اند. این گروه معتقدندکه ستون‌های عمودی نانویی تیز آنها می‌تواند موادی ایده‌آل برای کاربردهایی چون چشمه‌های تابش میدان(همچون بالاست الکتریکی)، سیستم‌های نانوسیالی(همچون واسطه‌های متخلخل) و حتی مطالعات بافت(همچون پراب‌های تهاجمی) باشد.
بهره‌گیری از نانوستون‌های تیز در پیشبرد کاربردهای فناوری‌نانو
دانشمندانی از MIT، کاربردهای فراوانی برای آرایه‌های چگال خود که از ستون‌هایی از سیلیکون تک‌بلوره بلند و نازک تشکیل می‌شوند، یافته‌اند. این گروه معتقدندکه ستون‌های عمودی نانویی تیز آنها می‌تواند موادی ایده‌آل برای کاربردهایی چون چشمه‌های تابش میدان(همچون بالاست الکتریکی)، سیستم‌های نانوسیالی(همچون واسطه‌های متخلخل) و حتی مطالعات بافت(همچون پراب‌های تهاجمی) باشد.
معمولاً وابستگی‌نمایی جریان تابش‌کننده به شعاع نوک موجب می‌شود که جریان تابشی و طول عمر یک تابش‌کننده میدان، دستخوش تغییرات زیادی شود. آکینتوند آکینواند از گروه مهندسی برق و علوم رایانه MIT و عضو آزمایشگاههای فناوری مایکروسیستم، درباره این کشف گفت:«معمولاً در یک ولتاژ بایاس مشخص، تنها کسری از تابش‌کننده‌های موجود در یک آرایه، عمل می‌کنند؛ زیرا ولتاژ بایاس برای وادار کردن نوک‌های کند به تابش، به اندازه کافی بزرگ نیست. از سوی دیگر، نوک‌های تیز به‌دلیل گرم شدنِ ژول، می‌سوزند. با این حال اگر جریان هر تابش‌کننده، از طریق بالاستِ الکتریکی ـ که در تحقیق ما یک چشمه جریان است ـ محدود شود، از سوختن نوک‌های تیزتر جلوگیری صورت خواهد گرفت و در این حالت، نوک‌های کند فرصت خواهند یافت تا در جریان تابشی کل، سهم داشته باشند.»
این گروه برای دستیابی به ابزارهایی که دارای این رفتار چشمه‌شکل هستند، از اشباع سرعت الکترون‌ها در سیلیکون بهره گرفته‌اند. این اشباع، با استفاده از ستون‌های نازک و غنی‌سازی، تقویت می‌شود. علاوه بر تنظیم شارش جریان، این آرایه متخلخل می‌تواند در کنترل توزیع مایعات در سیستم‌های میکروسیالی و نانوسیالی نیز نقش داشته باشد. یکی از حوزه‌هایی که هم‌اکنون به‌وسیله این گروه در دست بررسی است، پاشش الکتریکی(electrospraying) است.
با کوچک‌تر شدن این واحدها، عملکرد تابش‌کننده‌های الکتروپاشنده ارتقا می‌یابد. کاهش اندازه، ولتاژ راه‌اندازی را تقلیل می‌دهد و موجب می‌شود تا اتلاف تبخیر کاهش یابد؛ با این حال، عوامل دیگری نیز باید در نظر گرفته شوند. لوییس ولاسکوئز-کارکیا از آزمایشگاههای فناوری مایکروسیستم، می‌گوید:«هر تابش‌کننده الکتروپاشنده، به کنترل شارش دقیقی نیازمند است، زیرا این ابزار تنها در محدوده مشخصی از نرخ‌های شارش، به‌صورت پایا عمل می‌کند. می‌توان آرایه‌های سیلیکونی ما را برای طراحی یک تخلخل که به‌صورت موضعی با نرخ شارش هر تابش‌کننده الکتروپاشنده تناسب داشته باشد، مورد استفاده قرار داد.»
با افزودن یک پوشش لایه‌نازک به آرایه واکنشی تراشیده‌شده با یون، این محققان توانستند فاصله بین ستون‌های عمودی را از ۹ میکرومتر به ۵۰ میکرومتر کاهش دهند. این فرایند، تغییری در میزان تخلخل(تا دو مرتبه بزرگی) ایجاد می‌کند. ولاسکوئز-کارکیا افزود:«با تغییر در تخلخل، تغییری در تراوایی سیال(تا پنج مرتبه بزرگی) ایجاد می‌شود. این بدان معناست که ما فضای طراحی بسیار وسیعی را برای تطابق با یک نرخ شارش برای یک افت‌فشار و طرح میکروسیالی مشخص در اختیار داریم.»
نتایج این تحقیق در نشریه Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.
