Nanowhisker, kesit
çapı 1-100 nm aralığında ve uzunluk/çap oranı >100 olan bir filamenter
kristal (whisker) tipidir (Şekil-1).
Whiskerler, farklı kristal anizotropi özellikli ve neredeyse
oynaklığı olmayan bir yapıda kristalin malzemelerdir; bu karakteristikler
nedeniyle, whiskerlere geleneksel plastik gevşeme (strain) mekanizması (hemen
hemen) uygulanamaz ve kuvvetleri (srength) bir malzemenin teorik ultimat kuvvet
değerine yakındır. Sonuç olarak whiskerler, düzenli kristallerden daha kuvvetli
ve önemli bir esneklik ve korozyon direnci gösterebilir. Mikron skaladaki
whiskerler, yüksek mekanik özellikli yapısal kompozitlelerde takviye malzemesi
olarak kullanılır. Diğer yandan, whiskerlerin kendiliğinden oluşması, örneğin
çinko veya kalay gibi metallerin yüzeyinde kısa devrelere ve elektrik arızalarına
neden olabilir.
Bugün farklı malzemelerden ve çeşitli şartlar altında
whiskerlerin geliştirildiği prosesler vardır. Örneğin, silikon whiskerler
genellikle altın partiküller kullanılarak oluşturulur; altın partiküller, ~950 0C’de
silikonla etkileşime girer ve yüzer Au-Si oluşur. Bu prosese buhar-sıvı-katı
büyüme mekanizması (VLS) denir (Şekil-2). Birkaç nanomete gibi çok küçük
uzunluklarda yarıiletken silikon ve galyum arsanid (GaAs) whiskerler, moleküler
demet epitaksi ve electron demet evaporasyon teknikleri kullanılarak büyütülebilir.
Sulu çözeltilerde metallerin anodik oksidasyonu sırasında
oksit ve hidroksit whiskerlerin geliştiği görülmüştür; böylece, ZnO tabanlı
nanowhiskerlerin ve benzer bir-boyutlu yapıların organize kütleleri, substrat
üzerinde (aşılama ajanları varlığında) hem hidrotermal sentez prosesinde, hem
de sıcak sulu çözeltilerde (90-100 0C, atmosferik basınçta)
öncüllerin hidrotermolizi sırasında gelişebilir. Ancak, bu tekniklerle
büyütülen whiskerlerin kristal yapısının kalitesi, geleneksel büyüme
yöntemlerinin ürün kalitesinden oldukça düşüktür.
Fullerin-bazlı nanowhiskerler, fullerenin toluendendeki
çözeltisi (fullerence zengin) ve diğer bir organik solvent arasındaki arayüzde
büyüyebilir; proses, atmosferik basınç ve oda sıcaklığında bile oluşabilir. Bu
büyüme mekanizmasına sıvı-sıvı arayüz çökeltmesi (LLIP) denir (Şekil-3).
Nanoskala filamenter sistemler çoğu zaman bazı doğal
polimerlerin (örn. selüloz hamııru) asit hidroliz prosesinde üretilir. Bu
tekniğe göre üretilen kristaller, bazı yazarların bunları nanowhisker olarak
tanımlamış olmasına rağmen, yukarıdaki ‘nanowhisker’ tanımına uygunluğu hala
kesinlik kazanamamıştır.
Şekil-1: Kalay dioksit
nanowhiskersler
Şekil-2: Buhar-sıvı-katı büyüme
mekanizması (VLS)
Şekil-3: (a) Sıvı-sıvı arayüzü gösteren bir model, (b) sıvı-sıvı
arayüzün, (1)’deki bölgesinin silindirik modeli
