Od silicijuma do ugljenika
Texas Instruments, izvukao nekoliko malih predmeta iz džepa i dramatično najavio: “Nasuprot onome što su vam moje kolege rekle o slabim izgledima silicijumskih tranzistora, ja imam nekoliko njih u džepu.” To je bio početak onoga što danas nazivamo modernom tehnologijom.
Današnje vreme ima mnogo sličnosti sa tim ranim pedesetim godinama prošlog veka, samo što novi skok u tehnologiji predstavljaju ugljenične nano cevi.
[caption id="attachment_3786" align="alignleft" width="450"]
Tipovi ugljeničnih nanocevi[/caption]
Da, one su sićušne – obično od 1 do 50-tak nm, odnosno deseto-hiljaditi deo debljine ljudske kose. Grafitni sloj od koga su sačinjene predstavlja mrežu heksagonalno (šestougaono) postavljenih ugljeničnih molekula, koja podseća na žičanu ogradu savijenu i spojenu u cev.
Dužina ugljeničnih nano cevi je nekada merena u milimetrima, ali se danas zahvaljujući novim otkrićima meri u centimetrima, što je mnogo puta veće od njihove debljine (stotinama miliona puta veće).
Zbog svojih mehaničkih svojstava (čvrstoće, jačine i elastičnosti) nano cevi ugljenika su ultimativna ugljenična vlakna koja daju polimere i plastične materijale koji su veće jačine, otpornosti na oštećenja, manjeg habanja i veće trajnosti, kao i visoke otpornosti na vatru, sve bez povećanja težine finalnih proizvoda.
Današnje revolucionarne promene na polju moderne informacione tehnologije rezultat su naučno-tehnoloških otkrića i uspeha u procesu smanjivanja dimenzija silikonskih tranzistora. Ali dalje smanjivanje postaje ozbiljan (nemoguć) izazov pošto se približavamo fundamentalnim fizičkim granicama. Mogući put daljeg progresa zavisi od razvoja novih materijala koji imaju superiorna električna svojstva u odnosu na silicijum.
Upravo nano cevi ugljenika, konkretnije jednoslojne ugljenične nano cevi (single-walled carbon nanotubes, skraćeno SWNTs), predstavljaju jedno od rešenja koja najviše obećavaju. I dok njihova nano veličina predstavlja neverovatnu prednost u pravljenju elektronike sledeće generacije – električni prekidač nano dimenzija je možda i limit koji danas možemo da zamislimo – barijeru i dalje predstavlja proces njihovog pročišćavanja, odnosno uklanjanja ugljeničnih i metalnih nečistoća koje dovode do toga da se ugljenične nano cevi ponašaju ne samo kao poluprovodnici već i kao metali odnosno provodnici (kratak spoj je tada neizbežan).
Prilikom stvaranja jednoslojnih ugljeničnih nano cevi dobijaju se mešavine “metalnih” i poluprovodničkih nano cevi (metallic, semiconducting SWNTs). Sa druge strane, integracija SWNTs u upotrebljiva kola zahteva velike površine horizontalno postavljenih, savršeno linearnih, čistih poluprovodničkih SWNTs. Prema profesoru Džonu Rodžersu (John Rogers) sa Univerziteta u Ilinoju – Urbana Šampanja (University of Illinois at Urbana Champaign) jedna loša nano cev na 100.000 (čistoća od 99.999%) je dovoljna da se materijal ne može koristiti kao poluprovodničko kolo.
[caption id="attachment_3784" align="alignleft" width="349"]
Ogoljena metalna ugljenična nano cevčica kao posledica električne provodljivosti cevčice i termo-kapilarnog toka u tankom organskom sloju kojim su prekrivene ugljenične nano cevčice[/caption]
Do sada su primenjivane različite tehnike prečišćavanja koje uglavnom nisu uspevale da obezbede dovoljan nivo prečišćenosti i/ili isplativosti usled skupog procesa. Tim profesora Rodžersa je nedavno, međutim, razvio ekonomski isplativu metodu uklanjanja metalnih SWNTs tako što su uspeli da pokriju ugljenikove nano cevi slojem organske materije. Potom su kroz ugljenikove nano cevi pustili električnu struju, koja je imala protok samo kroz metalne SWNTs, ali ne i poluprovodničke. Struja je dovela do blagog zagrevanja metalnih nano cevi, taman toliko da se stvori “termalni kapilarni tok” i otvori “kanal” u organskoj materiji prevučenoj preko njih. Kako su na taj način metalne SWNTs postale ogoljene (dok poluprovodničke nisu), omogućeno je njihovo uklanjanje. Nakon spiranja organskog sloja sa površine dobijen je poluprovodnički materijal bez metalne kontaminacije. Materijal je uspešno prošao test pravljenja tranzistora koji se ponašaju kako se očekuje od poluprovodničkih kola.
Za sada se očekuje da ova metoda nađe primenu u izradi i daljem proučavanju tankih film tranzistora, pojačivača radio signala, senzora, i sl. ali je vrlo jasno stremljenje ka daljem razvoju u pravcu digitalne elektronike, odnosno automatskih binarnih abakusa nama poznatijih kao kompjuteri – granice između živog sveta i mašina tako nastavljaju da postaju sve poroznije.]]>