研究人员揭示了为什么纳米线会相互粘连

用于传感器、晶体管、光电设备和其他需要亚原子精度的系统的纳米线喜欢粘在一起。解开电线可能是一项艰巨的任务 - 想象一下试图分离出 1/1000 人类头发宽度的电线。纳米线的自吸引一直是高质量和高效批量制造的一个主要问题，有可能使基于纳米线的设备发生灾难性短路，但中国的研究人员现在已经揭示了为什么这些组件会相互粘附。

他们于 2021 年 12 月 27 日在Nano Research上发表了他们的工作。

“静电力、毛细力或范德华力都被认为是纳米线自吸引的驱动力，但由于实验挑战，其原因仍存在争议，”第一作者、精密重点实验室崔俊峰博士说教育部非传统加工技术、大连理工大学。

纳米线在空气中相互吸引，但它们太小而无法在没有显微镜检查的情况下进行彻底检查。纳米线通常用电子显微镜成像，电子显微镜使用电子束来可视化特别小的物体——在像纳米线这样对电子敏感的材料中很难校正这个变量。

这是第 22 条规则：研究人员需要显微镜来观察电线的行为，但显微镜会改变它们的行为。因此，研究人员退后一步，采用了光学显微镜。虽然不能像电子显微镜那样显示出几乎一样多的细节，但光学显微镜使用的可见光不会干扰纳米线。

接下来，他们使用可移动的机械手握住人类眉毛，将胶水涂在纳米线上并将其固定在基板上。剩余的胶水用于将另一根纳米线连接到眉毛上。两条纳米线都在光学显微镜下聚焦。

“我们能够实时测量两条单独的纳米线之间的距离和相关的吸引力，”崔说，并解释说他们通过研究纳米线如何从其静止位置偏转来确定吸引力。“当它们足够接近时，两条纳米线会瞬间相互连接，这可以归因于静电力。”

就像塑料薄膜粘在人的手上一样，两条纳米线中带不同电荷的电子随着距离的减小而增加，并在近距离相互捕捉。而且，就像保鲜膜一样，需要一些力才能再次将它们分开——准确地说是范德华力。相邻原子之间的弱相互作用，范德华力很容易通过施加更强的机械力来分离材料来打破。

“提供安全距离是避免纳米线聚集在一起并可能发生短路而导致灾难性事故的关键，尤其是在航空航天和核能领域——但另一方面，纳米线自吸引在以下应用中具有巨大潜力，例如纳米镊子或纳米机电开关，”崔说。“了解纳米线的自吸引力是制造高质量纳米线和开发高性能纳米线设备的关键。我们识别和测量纳米线自吸引力的通用方法表明，纳米线的吸引行为是可以控制的，因为我们希望。”