p Pesquisadores da Universidade de Lehigh identificaram pela primeira vez que um ganho de desempenho na condutividade elétrica de redes de nanofios de metal aleatórias pode ser alcançado restringindo ligeiramente a orientação dos nanofios. O resultado mais surpreendente do estudo é que as configurações fortemente ordenadas não superam as configurações com algum grau de aleatoriedade; a aleatoriedade no caso de orientações de nanofios de metal atua para aumentar a condutividade. p O estudo, Condutividade de Nanowire Arrays sob configurações de orientação aleatória e ordenada, é publicado na edição atual de Natureza diário de Relatórios Científicos . A pesquisa foi realizada por Nelson Tansu, Daniel E. '39 e Patricia M. Smith Professor titular do Centro de Fotônica e Nanoeletrônica de Lehigh e do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, e o autor principal Milind Jagota, um estudante do ensino médio na área de Bethlehem.

p Condutores transparentes são amplamente necessários para monitores de tela plana, telas de toque, células solares, e diodos emissores de luz, entre muitas outras tecnologias. Atualmente, Óxido de índio e estanho (ITO) é o material mais amplamente usado para condutores transparentes devido à sua alta condutividade e alta transparência. Contudo, A tecnologia baseada em ITO tem vários problemas. O material é escasso, caro para fabricar e quebradiço, uma característica particularmente indesejável para qualquer coisa sendo usada nesta era moderna de eletrônica flexível.

p Os pesquisadores que buscam um substituto para o ITO estão cada vez mais empregando redes aleatórias de nanofios de metal para corresponder ao ITO em transparência e condutividade. As tecnologias baseadas em nanofios de metal exibem melhor flexibilidade e são mais compatíveis com os processos de fabricação do que os filmes ITO. A tecnologia, Contudo, ainda está em uma fase inicial de desenvolvimento e o desempenho deve ser melhorado. A pesquisa atual está focada no efeito da orientação da haste na condutividade de redes para melhorar o desempenho.

p Nesse trabalho, Os pesquisadores de Lehigh desenvolveram um modelo computacional para simulação de redes de nanofios de metal, o que deve acelerar o processo de idealização da configuração dos nanofios. O modelo prevê resultados experimentais existentes e resultados computacionais publicados anteriormente.

p Os pesquisadores então usaram este modelo para extrair resultados pela primeira vez sobre como a condutividade de redes de nanofios de metal aleatórias é afetada por diferentes restrições de orientação de aleatoriedade variável. Duas configurações de orientação diferentes são relatadas.

p Em primeiro, uma distribuição uniforme de orientações ao longo do intervalo (-θ, θ) em relação a uma linha horizontal. No segundo, uma distribuição de orientações ao longo do intervalo [-θ] ∪ [θ] é usada, também em relação a uma linha horizontal. Em cada caso, θ é gradualmente diminuído de 90 ° para 0 °. A condutividade é medida nas direções paralelas e perpendiculares ao alinhamento.

p Os pesquisadores descobriram que uma melhoria significativa na condutividade paralela à direção de alinhamento pode ser obtida restringindo ligeiramente a orientação da distribuição uniforme. Esta melhoria, Contudo, vem à custa de uma queda maior na condutividade perpendicular. A forma geral desses resultados coincide com a demonstrada por pesquisadores que fazem experiências com filmes de nanotubos de carbono. Surpreendentemente, verificou-se que o segundo caso altamente ordenado é incapaz de superar as redes isotrópicas para qualquer valor de θ; demonstrando assim que as configurações de orientação contínua com algum grau de aleatoriedade são preferíveis às configurações altamente ordenadas.

p Pesquisas anteriores neste campo estudaram os efeitos da orientação na condutividade de compostos de nanotubos de carbono 3D, descobrir que um leve grau de alinhamento melhora a condutividade. Modelos computacionais têm sido usados ​​para estudar como a probabilidade de percolação de dispersões aleatórias de barras 2D é afetada pela orientação da barra. Outros desenvolveram um modelo computacional mais sofisticado, capaz de calcular a condutividade de dispersões de barras 3D, novamente descobrindo que um leve grau de alinhamento axial melhora a condutividade.

p "Redes de nanofios de metal apresentam grande potencial de aplicação em várias formas de tecnologia, "disse Jagota." Este modelo computacional, que se provou precisa por meio de seu bom ajuste com dados publicados anteriormente, demonstrou quantitativamente como diferentes configurações de orientação podem impactar a condutividade de redes de nanofios de metal. "

p "A restrição da orientação pode melhorar a condutividade em uma única direção em quantidades significativas, que pode ser relevante em uma variedade de tecnologias onde o fluxo atual é necessário apenas em uma direção, "disse Tansu." Surpreendentemente, configurações de orientação fortemente controladas não exibem condutividade superior; algum grau de aleatoriedade na orientação de fato age para melhorar a condutividade das redes. Esta abordagem pode ter impactos tremendos na melhoria da disseminação atual em dispositivos optoeletrônicos, especificamente em emissor ultravioleta profundo com camada de contato pobre do tipo p. "