OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojomo0124

Propiedades Estructurales y Físicas de Mo6SxI9-x Nanowires Molecular

DESYGN las TIC - Edición Especial

Diseño, Síntesis e Incremento de Nanotubes para la Tecnología Industrial

D. Dvorsek, D. Vengust, V. Nicolosi, W.J. Blau, J.C. Coleman y D. Mihailovic

Derechos De Autor AZoM.com Pty Ltd.

Esto es un artículo del Sistema de las Recompensas del Acceso Abierto del AZo (AZo-REMOS) distribuido de conformidad con los AZo-REMOS http://www.azonano.com/oars.asp

Sometido: 6 de noviembre de 2007th

Asentado: 16 de noviembre de 2007th

Temas Revestidos

Extracto

Introducción

Métodos y Materiales

Composición de Nanowire

Propiedades Estructurales

Estructura de los Cristales Uno mismo-Ensamblados de Nanowire

Resumen de Propiedades Físicas

Propiedades Mecánicas de Nanowires

Propiedades de Transporte de Nanowires

Propiedades Ópticas de Nanowires

Conclusiones

Acuses De Recibo

Referencias

Presentamos una reseña abreviada de la estructura atómica y electrónica de los nanowires moleculares del molibdeno-azufre-yodo. También resumimos sus propiedades básicas del transporte, ópticas y mecánicas.

La Comprensión de propiedades básicas de nanomaterials es crucial importante para su uso en nanotecnología. Como uno de los materiales lo más extensamente posible estudiados de la década pasada, los nanotubes del carbón (CNT) exhiben varias propiedades interesantes. Sin Embargo, el uso disperso de CNT en nanotecnología es obstaculizado por la inhomogeneidad intrínseca del material sintetizado bulto. La dificultad de separar nanotubes metálicos y semiconductores del material sintetizado previene el uso de CNT en las aplicaciones donde los bloques huecos idénticos con las mismas propiedades serían requeridos. Otro problema con el uso de CNT en aplicaciones de la nanotecnología es sus características pobres de la dispersión en disolventes de bajo punto de ebullición de la punta sin el uso de tensioactivadores adicionales. Estas ediciones motivan fuertemente investigaciones de nanomaterials alternativos.

Uno de los nuevos materiales prometedores cuya síntesis primero fue señalada [1] en 2004, es nanowires del molibdeno-azufre-yodo. Su síntesis y preparación son mucho menos exigentes que CNTs y naturalmente, desde su descubrimiento, los materiales fue investigado con una amplia gama de técnicas y ha sido el tema de investigaciones numerosas y diversas, incluyendo una búsqueda para las aplicaciones industriales posibles. Material resultó estar conducto unidimensional molecular-cable-como nanomaterial que típicamente aparece en ordenado lía [2,3] que tienen buen dispersability en un rango de los disolventes comunes [4,5], en muchos aspectos funcionalmente muy similar a CNTs. La síntesis relativamente simple del material de elementos sin ningunos catalizadores [1] da una posibilidad de escalar la producción y por lo tanto la aplicabilidad del material en tecnología industrial. Varias aplicaciones posibles se están persiguiendo actualmente, colocando de electrónica molecular al conducto y a compuestos tribológicos.

Métodos y Materiales

En este artículo señalamos sobre la colección de diversas investigaciones en propiedades básicas de los nanowires del molibdeno-azufre-yodo. Las investigaciones colocan de estudios estructurales a los estudios de mecánico, del transporte y de las propiedades ópticas. La estructura fue estudiada con la combinación de las técnicas experimentales que incluyeron los experimentos de la estructura fina de la amortiguación de la Radiografía (XAFS), los pares atómicos de distribución del análisis de función (PDF), (HRTEM) y microscopia electrónica de transmisión de exploración (STEM)

Composición de Nanowire

Los nanowires que fueron investigados tienen la fórmula química MoSI69-xx (3 < x < 6) y pertenecen a un grupo de pastas del atado basadas en chalcogenides del metal de transición. Mientras Que los atados en la mayor parte de este formulario las redes tridimensionales, los atados en MoSI69-xx (MoSIx) se arreglan en encadenamientos unidimensionales. Después De Que la síntesis del único paso de progresión que procede de elementos el nanowire de MoSIx pila de discos generalmente en manojos, pero los manojos puede controllably ser dispersado y fueron encontrados para formar una dispersión estable con los cables moleculares individuales [5]. Los nanowires de MoSIx que fueron utilizados en estas investigaciones fueron suministrados por una compañía Mo6 y tramitados por lavarse, la dispersión y la sedimentación.

Propiedades Estructurales de Nanowires

La estructura de los nanowires69-xx de MoSI primero fue estudiada con la difracción de Radiografía [1]. Pronto se ha puesto de manifiesto que las otras técnicas o combinación de técnicas serán necesaria para la determinación detallada de la estructura. La determinación exacta de la ocupación atómica de diversos sitios de espectros de Radiografía fue obstaculizada, porque los nanowires individuales no se piden a menudo perfectamente en relación con uno a dentro de un manojo, y se tuercen o se deforman los manojos ellos mismos.

La estructura básica fue determinada combinando la información local de la estructura de XAFS con la información de la estructura media de las mediciones de la difracción del polvo de la Radiografía [6]. La estructura obtenida (el cuadro 1) se describe mejor en términos de polímero unidimensional integrado por los encadenamientos de los atados covalente limitados del MES-chalcogenide-Haluro, integrados por unidades6 del MES (S, I6 ), ensambló junto por tres cationes (S o I). Meden y otros [6] determinaron el grupo de espacio como P63, correspondiente a la estructura del manojo con tres cables paralelos636 de MoSI dentro de la célula de unidad. El estudio, que fue complementado por cálculos de la teoría funcional (DFT) de densidad, también mostró que no hay bonos covalentes entre los nanowires individuales, que lleva a las propiedades unidimensionales notables y a la dispersión fácil en nanowires moleculares individuales. Esta propiedad da lugar a desorden del empaque cuando los hilos individuales del nanowire deslizan cara a cara dentro de los manojos.

La estructura atómica de los nanowires Mo6S3I6. (a) Vista Lateral de un encadenamiento molecular individual Mo6S3I6 con los átomos de S en las posiciones que puentean B y (b) de la proyección a lo largo del eje cristalino de c. Los experimentos Tempranos de la difracción de Radiografía indicaron ordenar de cadena según el P63 hexagonal spacegroup12 (la célula de unidad mostrada con las líneas llenas)

Cuando la orientación preferrential de la muestra en los experimentos de XRD fue tenida en cuenta, el acuerdo con el modelo propuesto por Meden y otros [6] era bastante bueno comprobar la estructura de la espina dorsal más allá de cualquier duda razonable, pero no la ocupación de S e I en la espina dorsal. El estudio estructural complementario por el análisis de función (PDF) de la Par-Distribución [7] confirmó la estructura esquelética, pero al mismo tiempo aumentó una cierta incertidumbre con respecto a la población de S y de I en las diversas posiciones. Ambos estudios están de acuerdo con la presencia de S en puentear acepillan (las posiciones B) y los yodos para la posición A, pero allí aparecen ser una discrepancia con respecto a la ocupación de la posición que puentea central mostrada como átomo C en el Cuadro 1. Considerando Que el XRD muestra esto para ser más o menos vacante, los estudios del PDF sugieren de otra manera. Esta discrepancia fue resuelta al parecer por los estudios de HRTEM y del VÁSTAGO, que no mostraron ninguna ocupación en el sitio de C.

Estructura de los Cristales Uno mismo-Ensamblados de Nanowire

HRTEM y los estudios del VÁSTAGO han sido realizados por Nicolosi y otros [8] en MoSI64.54.5 (o 12-9-9) y MoSI636 usando proyección de imagen anular avanzada del campo oscuro imaging.ADF (ADF) de los techniqes particularmente usando VÁSTAGO aberración-corregido fue utilizado para determinar la estructura de los cristales uno mismo-ensamblados del nanowire muy exactamente determinado para MoSI636. En base de una comparación muy detallada de las imágenes estructurales calculadas y observadas de TEM a lo largo de diversos ángulos tal y como se muestra en del cuadro 2, los autores concluyeron que el empaque de los nanowires tiene un P-1 (#2) estructura, bastante que los grupos de un espacio R-3 (#148) o P63 (#173) propuestos previamente, debido a un efecto bastante sutil, a saber la ausencia de una simetría rotatoria a lo largo del cable, que daría lugar a un cedazo triclínico.

(a), (b) las imágenes de HRTEM de manojos ensambló de nanowires individuales. (c) - (h) los Pares de ALIMENTADOR DE ORIGINALES experimental PROVIENEN la imagen (primera fila) y la imagen de las simulaciones (segunda fila) hechas para tres direcciones de la alto-simetría.

Los autores mostraron que los nanowires consisten en un arsenal de la serie de células de unidad bien definidas cada los seis aviones atómicos que consisten en (véase el cuadro 3), llevando a una superestructura menos simétrica que propuesta originalmente [6]. Los átomos de I fueron destinados a los sitios de A como se indica en el cuadro 1 mientras que los átomos de S ocupan los sitios de B. La central que puentea posiciones (el sitio C) no fue ocupado.

El structureMoSI del nanowire636 según lo determinado por los measurments del VÁSTAGO [8]. Los corchetes definen la célula de unidad del nanowire, que contiene 12 MESes (de rojo), 6 S (amarillo), 12 átomos (púrpuras) de I.

Una técnica tan estructural de la determinación del nanoscale era esencial, puesto que las tentativas anteriores usando la difracción de Radiografía han demostrado fracasado y/o exacto determinar escaso diferencias sutiles en la ocupación de los sitios de S y de I. La estabilidad de estructuras con diversa estequiometría en MoSI69-xx también fue confirmada por cálculos de la teoría funcional (DFT) de densidad en el rango de 4,5 < x < 6. Notable, los cálculos también mostraron que hay diferencia muy pequeña en energía entre las diversas estequiometrías (en la misma espina dorsal), indicando que S y Yo podemos intercambiar relativamente libremente, y también confirma que hay solamente acciones recíprocas muy débiles entre los nanowires individuales. Los cálculos de DFT sobre la estructura de Meden y otros [6] y también los cálculos por Tomanek y otros [10] para 12-9-9, y por Vilfan y Nicolosi y otros [9] para 636 predicen el material para ser un metal de banda estrecha a lo largo de la dirección del eje del nanowire, pero tienen esencialmente carácter no-metálico para el transporte a través de los nanowires.

Propiedades Mecánicas de Nanowires

De acuerdo con los cálculos - que mostraron que hay solamente muy débil bondsbetween hilos del nanowire - las propiedades mecánicas notable anisotrópicas de la pieza de convicción de los nanowires de MoSIx. Las mediciones mecánicas en los nanowires de MoSIx mostraron que el módulo de la resistencia era excepcionalmente pequeño, por orden de MPa 16-89, mientras que el módulo De Young era alto, hasta 430 GPa [11]. El origen de estos elevados valores reproductivos todavía no se entiende, pues los cálculos han predicho módulos De Young algo más pequeños, de la orden de 100-150 GPa [10]. Poniendo estos resultados en perspectiva vemos que el módulo De Young es solamente 2-3 veces menos que para el mejor SWCNTs, mientras que las fuerzas entre los nanowires individuales son substancialmente más débiles que en CNTs o grafito. El módulo muy pequeño de la resistencia [11,13] implica que los nanowires de MoSIx son una de las mejores aproximaciones a un material unidimensional encontrado en naturaleza. El uso de los nanowires de MoSIx para el refuerzo mecánico en los compuestos y la fricción reducida [13], proviene el módulo De Young grande y el pequeño módulo de la resistencia respectivamente.

Propiedades de Transporte de Nanowires

Las mediciones Sistemáticas de la resistencia fueron hechas en a granel (las bolitas prensadas) y en los manojos individuales del nanowire [2,3]. En todos los casos con diversos nanowires de MoSIx las características del actual-voltaje son lineales y la dependencia de la temperatura de la resistencia fue encontrada exponencial para aumentar en la baja temperatura, después del variable-rango que esperaba (VRH) el comportamiento del β del σ =σ0 exp (T0/T) del formulario, donde β = ¼ muestras (sin purificar) prístinas, y β = ½ las muestras que se han destemplado en vacío en las temperaturas encima de 500 C, tal y como se muestra en del Cuadro 4. El cambio del exponente se acompaña con un aumento en conductividad - sugiriendo que el retiro del yodo intersticial aumenta la concentración de portador del agujero, dando por resultado una conductividad más alta. Este cambio en exponente se puede entender en términos de cruce de tridimensional a VRH unidimensional causado por el retiro del yodo intersticial. Los resultados muestran concluyente que hay una densidad finita de estados en la energía de Fermi y que el transporte es dominado por la lupulización incoherente entre los estados. El origen de la localización todavía no se entiende, pero el carácter fuerte 1D de los nanowires sugiere que la localización pueda ocurrir debido a los defectos. Los experimentos De Hecho recientes han mostrado que la pureza mejorada de muestras puede dar un σ importante más alto0 de hasta 105

(r) comparado con T−1/4 para (a) y un registro (R) comparado con T−1/2 para (b) respectivamente. La línea derecha en la inserción de (a) representa un ajuste con el β = 1/4 y el 1/2 para (b) respectivamente

Propiedades Ópticas de Nanowires

Uno contaba con que la naturaleza 1D de los nanowires, que fue observada por diversas investigaciones, también mostraría en propiedades ópticas como características sostenidas en espectros ópticos. No se observó Peculiar ningunas tales características a pesar del carácter unidimensional de las bandas electrónicas y de las características relativamente sostenidas en la densidad de estados. Es que Una de las razones de esto como descubrimos hay una multitud de sub-bandas estrechas que pertenezcan a los orbitarios d-derivados MES y que mienta en el eV del ± 2 de la región del F.

Los espectros de amortiguación óptica de la película fina orientada de los nanowires636 de MoSI se muestran en el cuadro 6 (a) para E//c y el E^^

(a) Mediciones de la amortiguación óptica en películas finas orientadas. El eje molecular c estaba en un paralelo orientado caso y en la otra perpendicular a la polarización. Las Líneas llenas son del experimento (escala arbitraria), las otras líneas se calculan en el RPA. (b) Los espectros de amortiguación de los nanowires Mo6S3I6 en diversos disolventes y además los espectros de los nanowires Mo6S4.5I4.5 en IPA.

Los espectros calculados de MoSI636 (también mostrado en el Higo 6 (a)) son, como espectros medidos, eV abajo bastante sin rasgos distintivos del ~ 4 para la E | c. Encima de transiciones ópticas del eVthe del ~ 4 entre el comienzo de los encadenamientos a contribuir. Los espectros de amortiguación para E//c muestran que por otra parte más estructura y allí es acuerdo muy buen entre los cálculos y los experimentos, si los espectros calculados son escalados en energía por ~1,2. La necesidad del escalar es una consecuencia del problema con cálculos de DFT que subestima generalmente la separación de banda.

Los espectros de la Absorción en la solución muestran características similares como las películas secas, salvo que hypochromically son desviados por el eV del ~ 0,15. En isopropanol y en agua, hay un aumento adicional de la característica aproximadamente el eV 5,5 (220 nanómetro), que fue sugerido para presentarse de comportamiento de la complejación, pero su origen exacto es desconocido.

En el Cuadro 6 mostramos la reflectividad óptica medida en prístinas y muestras prensadas destempladas de una bolita de MoSI636. Ambos muestran un plasma sin obstrucción borde-como característica en las frecuencias inferiores. La diferencia entre los dos es muy marcada sin embargo, la muestra destemplada que muestra una reflectividad importante más alta que la muestra no-destemplada. La reflectividad calculada [también mostrada en Fig. 6 (a)] es substancialmente más alta que la experimental, particularmente en las frecuencias inferiores donde es dominada por la conductividad metálica prevista de la muestra. Esto es principal debido a dispersar superficial grande, explicado no no completo por la renormalización de los datos con la Au-Capa de nuestros especímenes. Sin Embargo, la dimensión de una variable total de la reflectividad calculada es similar medida. El Cuadro 6 (b) muestra el σ de la parte real1

(a) Las reflectividades R (ω) de destemplado (Muestra 1) y unannealed (muestras y el R calculado (ω) de la Muestra 2) para las polarizaciones al azar. (b) El σ óptico de la conductividad1 (ω) de las muestras 1, derivado de R (ω).

Conclusiones

Concluimos observando que el progreso en la determinación de las propiedades básicas de los nanowires relativamente recientemente descubiertos de MoSIx ha sido extremadamente rápido. A Pesar De las dificultades en nanowires de resolución estructure la estructura de la espina dorsal se ha determinado con el grado de exactitud razonable. También la caracterización experimenta, que trajo algunos resultados asombrosamente, confirmando el carácter fuerte 1D de los nanowires moleculares de MoSIx. Las propiedades observadas conjuntamente con síntesis y la dispersión relativamente fáciles hacen este material comercialmente atractivo. La utilidad de los nanowires de MoSIx se ha investigado De Hecho ya en áreas tales electrodos de la batería [12], la tribología [12] y las visualizaciones de la emisión de campo [14]. Los resultados consistían en el promesa general, pero la investigación adicional, determinado sobre mecanismos del incremento y mando de la estequiometría es necesaria para el revelado de los productos comerciales basados en este material. Los cálculos Teóricos [6,8,10,15] han sido muy importantes en la determinación de la estructura y en predecir diversas propiedades físicas de los nanowires de MoSi. Varias predicciones teóricas, determinado magnetoelasticity y propiedades electrostrictive deben todavía ser investigados.

Este trabajo fue utilizado por el Proyecto de Investigación Apuntado Específico de la UE DESYGN-IT (Ningún NMP4-CT-2004-505626).

Referencias

     Vrbanic D., Remskar M., Jesih A., Mrzel A., Umek P., Ponikvar M., Jancar B., Meden A., Novosel B., Pejovnik S., Venturini P., Coleman J.C., Mihailovic D., nanowires monodispersed Aire-Estables636 de MoSI”, Nanotecnología 15, Págs. 635-638, 2004.

     Bercic B., Pirnat U., Kusar P., Dvorsek D., Mihailovic D., Vengust D., Podobnik B., “propiedades de Transporte de las redes636 del nanowire de MoSI” . 88, Págs. 173103-1-3, 2006.

     Uplaznik M., Bercic B., Strle J., Ploscaru M., Dvorsek D., Kusar P., Devetak M., Vengust D., Podobnik B., Mihailovic D., “Conductividad del único nanowire69-xx molecular de MoSI lía”, la Nanotecnología 17, 5142-5146, 2006. Z.Kutnjak Z y otros, conducción eléctrica De Dos Vías en el nanowire monodispersed aire-estable de MoSI cubre. J.Appl. Phys. 99, p064311, 2006

     Nicolosi V., Mccarthy D.N., Vengust D., Mihailovič D., Blau W.J., Coleman J.N., “nanowires9-xx 6SI en disolventes comunes”, Eur.Phys.J.Appl.Phys. 37, Págs. 149 - 159, 2007.

     Nicolosi V., Vrbanič D., Mrzel A., Mccauley J., O'flaherty S., Mcguinness C., Compagnini G., Mihailović D., Werner J.B., Coleman J.N.. , “ 6SI4.54.5 Nanowires en Disolventes Comunes: Un Estudio de Sedimentación”, J. Phys. Quím. B 109, Págs. 7124-7133, 2005.

     Estructura de Meden A., de Kodre A., de Padežnik Gomilšek J., de Arčon I., de Vilfan I., de Vrbanič D., de Mrzel A., de Mihailović D., “Atómico y electrónico Nanotecnología69-xx 16 (Bristol), Págs. 1578 - 1583, 2005 de los nanowires de MoSI”.

     Paglia G., Božin E.S., Vengust D., “Determinación Exacta de la Estructura de los nanowires6yz de MoSI del Análisis de Función Atómico de Distribución (PDF) de Pares” 18, Págs. 100 - 106, 2006.

     Nicolosi V., Nellist P., Sanvito S., Cosgriff COMUNIDAD EUROPEA, Krishnamurthy S., Blau W.J., M. Verde, Vengust D., Dvoršek D., Mihailovič D., Compagnini G., Sloan J., Stolojan V., Carey J.D., Pennycook J., Coleman J.N., “Observación del uno mismo-ensamblaje impulsado Waals de van der de los nanowires de MoSI en la estructura de la inferior-simetría usando microscopia electrónica aberración-corregida”, Adv. mater. 19, edición 4 (Weinh.), Págs. 543 - 547, 2007.

9. Vengust D., Pfuner F., Degiorgil., Vilfan I., Nicolosi V., Coleman J.N., Mihailović D., “nanowires36 6SI”, En la Prensa Phys. Rev. B

Yang T., Okano S., Berber S., Tománek D., Interacción entre la Estructura y Magnetismo en MoSI129, Nanowires”, Phys. Rev. Lett. 96, Págs.

Kis A., Csanyi G., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Kulik A.J., Forro L., “Investigación de Nanomechanical de los Manojos69_xx de MoSI Nanowire”, Pequeños 3, Págs. 1544-1547, 2007 y Kis A., y otros, “” 15 (9), pp.733 - 736, 2003

Dominko R., Arcon D., Mrzel A., Zorko A., Cevc P., Venturini P., Gaberscek M., Remskar M., Mihailović D. “, Materiales Avanzados 14 (21), Págs. 1531-1534, 2002.

Joly-Pottuza L., Dassenoya F., Martina J.M., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Vogelc W., Montagnac G., “”, Tribología Pone Letras a 18 (3), Págs. 385-393, 2005.

14. 6SI36 nanowires 16, 1619 - 1622 (2005).

y Mihailovic D., “propiedades elásticos y mecánicas No Lineales de los nanowires Mo6S3I6.” Phys.Rev.B 74, p235411. 2006.

Damjan Dvorsek

Instituto de Jožef Stefan
Jamova 39

Ljubljana, 1000

Eslovenia

Correo electrónico: damjan.dvorsek@ijs.si

Instituto de Jožef Stefan
Jamova 39

Ljubljana, 1000

Eslovenia

Correo electrónico: dragan.mihailovic@ijs.si

Date Added: Nov 14, 2007 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:27