تولید نانوسیم با استفاده از فاز بخار و قطرات آلیاژی فرآیند است که مدت‌هاست مورد استفاده قرار می گیرد. اخیرا مکانیسم این روش مورد بررسی قرار گرفته و جزئیات آن برای دانشمندان مشخص شده است.
مکانیسم رشد نانوسیم تولید شده از قطرات آلیاژی
در آینده نزدیک احتمال دارد تا از بلورهای نانومقیاس سیلیکونی که شبیه آسمان‌خراش است در تولید باتری‌های کارا و پیل‌های خورشیدی استفاده شود. یکی از مهمترین مسیرهای رشد این نانوسیم‌ها استفاده از قطرات فلزی آلیاژی است. مونش اوپمانی استادیار دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه نورث وسترن با استفاده از ابزارهای محاسباتی موفق شده درک بهتری از برهمکنش میان قطرات و رشد نانوسیم‌ها بدست آورد.
اپمانی می‌گوید این قطرات می‌توانند چندین کار در سطوح مختلف انجام دهند و این جذابیت کار قطرات را نشان می‌دهد. آنها می‌توانند فرآیند کاتالیزی انجام دهند قادرند مواد اولیه‌ای را از پیرامون خود جذب کرده، اشباع شوند و هسته‌زایی کنند و در نهایت موجب رشد نانوسیم‌ها شوند.
این روش چند دهه قبل مطرح شد و توسعه پیدا کرد، معمولا از این روش برای رشد نانوسیم‌های سیلیکونی استفاده می‌شد که در آن قطرات فلز مایع برای ایجاد ساختارهای سوزنی شکل جامد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از این روش در حال حاضر به کررات برای رشد نانوسیم‌ها از مواد مختلف استفاده می‌شود.
اوپمانی می‌گوید از قطرات می‌توان برای کنترل رشد نانوسیم‌ها استفاده کرد اما کسی دقیقا نمی‌داند که چگونه نانوسیم به صورت یک رشته و با ابعادی مشخص ایجاد می‌شود. هیچ شناختی از مکانیسم فرآیند وجود نداشت و تنها فرضیات بودند که برای تحلیل در این فرآیند مورد استفاده قرار می گرفت. بنابراین اگر اطلاعات بیشتری درباره آن فراهم شود می‌توان نانوسیم‌ها را با دقت و کنترل بیشتری تولید کرد.
این گروه تحقیقاتی نشان دادند که این نانوقطرات به صورت یکنواخت روی سطح نانوسیم قرار نمی‌گیرند. آنها انتهای نانوسیم را که در حال رشد است محاط می‌کنند و این محاط کردن به صورت غیریکنواخت انجام می‌شود. قسمت‌های لبه‌ای شکل نقش سایت‌های هسته‌زا را ایفا می‌کند. زمانی که قطرات از فاز بخار ذرات مورد نظر را جذب کردند، اشباع شده و ساختارهای سیمی شکل ایجاد می‌شوند. رسوب‌گذاری در مرکز بیشتر از لبه‌ها است که در نتیجه ساختار لایه لایه سیمی ایجاد می شود.
با مشخص شده مکانیسم کار، محققان شروع به طراحی سیستمی جهت تولید ساختارهای بلوری ویژه‌ای شدند که از آنها می‌توان در حوزه‌های مختلف از پنل های خورشیدی گرفته تا لامپ‌های ال ای دی استفاده کرد. یکی از مزایای این سیستم قیمت پایین آن است.
این پروژه با همکاری محققانی از آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی انجام شده است. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.
