Nanofili a basso costo, godono le batterie del futuro

Un gruppo di ricercatori del Max Planck Institute for Intelligent Systems ha scoperto un nuovo metodo per produrre nanofili semiconduttori a basso costo. I nanofili possono far parte delle celle solari, delle batterie ad alta capacità e in generale di quella che viene definita nanoelettronica.

Finora il problema principale riguardava il costo elevato del processo di realizzazione dei nanofili su scala industriale. L'attuale metodo di produzione richiede temperature molto elevate, da 600 a 900 gradi, e l'uso di catalizzatori come l'oro.

I ricercatori dell'istituto di Stoccarda sono però riusciti a produrre nanofili semiconduttori a 150 gradi usando catalizzatori meno costosi, come l'alluminio. Grazie alla temperatura di produzione inferiore, le nanostrutture possono essere depositate direttamente su substrati plastici sensibili al calore.

Finora la produzione dei nanofili è stata realizzata con un processo chiamato VLS (vapour-liquid-solid) che usa piccole particelle di catalizzatori metallici come "semi" per la crescita dei nanofili. I ricercatori del Max Planck Institute, insieme ai colleghi dello Stuttgart Center for Electron Microscopy, hanno adottato un altro metodo, osservando la crescita di un nanofilo in scala atomica in tempo reale.

A sinistra: formazione di strutture di nanofili al silicio lungo i confini tra cristalli adiacenti di alluminio a 170 gradi (rosso: silicio; blu/verde: alluminio). A destra: modello di nanofilo al silicio dopo la rimozione dell'alluminio.

Gli scienziati hanno preparato un doppio strato formato da alluminio e silicio amorfo cristallino. Lo strato è stato prodotto ricreando il vuoto, a temperatura ambiente mediante evaporazione termica. Gli atomi, in disordine nella fase in cui sono silicio amorfo, sono disposti in un reticolo cristallino ordinato all'interno strato di alluminio - costituito da miliardi di minuscoli cristalli di alluminio, ciascuno di dimensioni di circa 50 nanometri. I granelli di cristallo sono a stretto contatto l'uno con l'altro e i loro confini formano una rete bidimensionale all'interno dello strato di alluminio.

Grazie a un microscopio elettronico a trasmissione gli scienziati sono stati in grado di osservare gli atomi di silicio scorrere dal layer di silicio verso il catalizzatore di alluminio a una temperatura di 120 gradi. A queste basse temperature il catalizzatore in alluminio è solido e non può dissolvere alcun atomo di silicio.

Le analisi hanno inoltre rivelato che gli atomi di silicio sono posti sui confini tra i cristalli di alluminio. Un numero sempre più alto di atomi di silicio si raduna sui bordi dei granelli di alluminio, e proprio in quel frangente sono ristrutturati per formare piccoli nanofili cristallini.