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DOI : 10.2240/azojomo0124

Mo6SxI9-x 분자 Nanowires의 구조상과 유형 자산

DESYGN IT - 특별판

산업 기술을 위한 Nanotubes의 디자인, 종합 및 성장

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

저작권 AZoM.com Pty 주식 회사.

이것은 AZo 노 http://www.azonano.com/oars.asp의 조건으로 분산된 아조기를 함유한 개가식 사례금 시스템 (AZo 노) 약품입니다

제출하는: 2007년th 11월 6일

배치하는: 2007년th 11월 16일

커버되는 토픽

요약

소개

방법과 물자

Nanowire 구성

구조상 속성

Nanowire 각자 소집된 결정의 구조물

유형 자산의 개요

Nanowires의 기계적 성질

Nanowires의 이동 성질

Nanowires의 광학적 성질

결론

수신 확인

참고

우리는 몸리브덴 황 요오드화물 분자 nanowires의 원자와 전자 구조의 짧은 개관을 제출합니다. 우리는 또한 그들의 기본적인 수송의, 광학 적이고 및 기계적 성질을 요약합니다.

기본적인 nanomaterials의 속성 이해 나노 과학에 있는 그들의 사용을 위해 결정적으로 중요합니다. 마지막 십년간에 있는 가장 넓게 공부한 물자의 한으로, 탄소 nanotubes는 (CNT) 다수 흥미로운 속성을 전시합니다. 그러나, 나노 과학에 있는 CNT의 대폭적인 사용은 부피에 의하여 종합된 물자의 본질적인 이질성에 의해 방해됩니다. 종합한 물자에서 금속과 semiconducting nanotubes 분리의 어려움은 동일 속성을 가진 동일한 빌딩 블록이 요구될 응용에 있는 CNT의 사용을 방지합니다. 나노 과학 응용에 있는 CNT의 사용에 대한 또 다른 문제는 추가 계면활성제의 사용 없이 낮 비등 점 용매에 있는 그들의 나쁜 분산 특성입니다. 양자택일 nanomaterials의 수사가 이 문제점에 의하여 강하게 동기를 줍니다.

그의 종합이 2004년에 새로운 유망한 물자의 한개는 처음으로 보고된 [1], 몸리브덴 황 요오드화물 nanowires입니다. CNTs가 및 당연한 일로, 그들의 발견부터 기술의 광범위로, 물자 연구되고 계속 가능한 산업 응용을 위한 수색을 포함하여 수많고 다양한 수사의 주제, 이다 보다는 매우 보다 적게 지나치게 요구합니다 그들의 종합 및 준비는. 물자 껐습니다 수행하 1차원 분자 철사 같이 있기 위하여 nanomaterial 전형으로 나타나는에서 명령하는 묶는 [2,3] 일반적인 용매 [4,5]의 범위에 있는 좋은 dispersability가 있는, 많은 점에서 CNTs와 기능상 아주 유사한. 어떤 촉매 [1] 없는 성분에서 물자의 상대적으로 간단한 종합은 산업 기술에 있는 물자의 생산 그리고 그러므로 응용성을 오르기를 위한 가능성을 줍니다. 분자 전자공학에서 수행 및 tribological 합성물에 구역 수색하는 다수 가능한 응용은 지금 추격되고 있습니다.

방법과 물자

이 약품에서 우리는 몸리브덴 황 요오드화물 nanowires의 기본적인 속성에 다른 수사의 수집에 보고합니다. 수사는 구조상 연구 결과에서 기계, 수송 및 광학적 성질의 연구 결과에 구역 수색합니다. 구조물은 엑스레이 흡수 미세 구조 실험 (XAFS), 분석 원자 짝분포 함수 (PDF), (HRTEM) 및 스캐닝 전송 전자 현미경 검사법을 포함한 실험적인 기술의 조합으로 공부되었습니다 (STEM)

Nanowire 구성

조사된 nanowires에는 화학 공식 MoSI가 있습니다69-xx (3개은 전이 금속 chalcogenides에 근거를 둔 다발 화합물의 단에 < x < 6) 속합니다. 1차원적인 사슬에서양식의 대부분에 있는 다발이 3차원 통신망, MoSI (69-xx MoSIx)에 있는 다발 배열되는 동안. 성분에서 MoSIx nanowire 진행하는 단일 단계 종합이 일반적으로 뭉치, 그러나 포장될 후에 뭉치에서 controllably 이산될 수 있고 개별적인 분자 철사 [5]를 가진 안정되어 있는 분산을 형성하기 위하여 찾아냈습니다. 이 수사에서 이용된 MoSIx nanowires는 회사 Mo6에 의해 공급되고 세척, 분산 및 침전에 의해 가공되었습니다.

Nanowires의 구조상 속성

MoSI nanowires의69-xx 구조물은 엑스레이 회절 [1]로 처음으로 공부되었습니다. 기술의 그밖 기술 또는 조합이 구조물의 상세한 결심을 위해 필요할다 빨리 명확하게 되었습니다. 엑스레이 스펙트럼에서 다른 사이트의 원자 점령의 정확한 결심은 개별적인 nanowires가 뭉치 안쪽에 서로에 관련된 수시로 완벽하게 명령되지 않으며기, 뭉치 그들자신이 뒤틀리기 모양없이 하기 때문에, 방해되었습니다.

기본적인 구조물은 엑스레이 분말 회절 측정 [6]에서 평균 구조 정보와 XAFS에서 현지 구조물 정보를 결합해서 결정되었습니다. 장악된 구조물 (숫자 1)는 Mo (S, I) 3개의로 함께 결합되는 부대 구성된 공유 원자가로 바운스된 Mo chalcogenide 할로겐 다발의 사슬로6 구성된 1차원적인 중합체6 식으로 잘 양이온에 의해 기술됩니다 (S 또는 I). Meden 그 외 여러분 [6] 단위 세포 내의 MoSI 3개의 평행한 철사를 가진 뭉치 구조물에 일치하는 P63로636 공간군을, 결정했습니다. 밀도범함수이론 계산에 의해 보충된, (DFT) 연구 결과는 또한 개별적인 nanowires 사이 공유 결합이 없다는 것을 보여주었습니다, 개별적인 분자 nanowires로 현저한 1차원적인 속성 및 쉬운 분산으로 이끌어 내는. 이 속성은 개별적인 nanowire 물가가 뭉치 안에 서로에 대하여 미끄러질 때 패킹 무질서를 초래합니다.

Mo6S3I6 nanowires의 원자 구조. (a) 다리를 놓는 위치 B에 있는 S 원자를 가진 개별적인 Mo6S3I6 분자 사슬 및 (b) 크리스탈 c 축선에 따라서 투상의 측면도. 초기 엑스레이 회절 실험은 6각형 P63 spacegroup12 (고체선으로 보이는 단위 세포)에 따라 표시했습니다 사슬 명령을

XRD 실험에 있는 견본의 preferrential 오리엔테이션이 고려될 때, Meden에 의해 그 외 여러분 제시된 모형을 가진 계약은 [6] 어떤 정당한 의심든지 저쪽에 백본 구조물, 그러나 백본에 S의 점령 및 I를 아닙니다 판명하게 충분히 좋았습니다. 쌍 배급 기능 분석 [7]에 의하여 (PDF) 무료한 구조상 연구 결과는 골격 구조물을 확인하고, 그러나 동시에 다른 위치에 있는 S 그리고 I의 인구에 대하여 약간 불확실을 올렸습니다. 두 연구 결과 다 다리를 놓기에 있는 S의 존재에 활주합니다 동의합니다 (위치 B)와 위치 A를 위한 요오드화물은, 그러나 거기 원자 C로 보인 숫자 1.에 있는 중앙 다리를 놓는 위치의 점령에 대하여 어긋남인 것처럼 보입니다. XRD가 좀더 또는 보다 적게 비어 있기 위하여 이것을 보여주더라도 반면, PDF 연구 결과는 그렇지 않으면 건의합니다. 이 어긋남은 C 사이트에 아무 점령도 보여주지 않은 HRTEM와 줄기 연구 결과에 의해 외관상으로는 해결되었습니다.

Nanowire 각자 소집된 결정의 구조물

HRTEM와 줄기 연구 결과는 MoSI (12-9-9)에 Nicolosi에 의해 [64.54.5 8] 그 외 여러분 능력을 발휘되었습니다 착오 정정된636 줄기를 사용하여 향상된 techniqes 특히 고리 모양 (ADF) 암시야 imaging.ADF 화상 진찰을 사용하여 MoSI는 MoSI를 위해 각자 소집된 nanowire 결정의 구조물을 특히 아주 정확하게 결정하기 위하여 이용되고636. 숫자 2에서 보이는 것처럼 다른 각에 따라서 산출하고 관찰한 구조상 TEM 심상의 아주 상세한 비교를 기준으로 하여, 저자는 nanowires의 패킹에는 P-1가 있다는 것을 (#2) 이전에 제시되는 R-3 (#148) 또는 P63 (#173) 공간군 보다는 오히려 구조물, 오히려 미묘한 효력, 즉 삼사정 격자 귀착될 철사에 따라서 회전 대칭의 휴무 때문에 결론지었습니다.

(a)는 개별적인 nanowires에서, (b) 뭉치의 HRTEM 심상 모였습니다. (c) - (h) 실험적인 ADF의 쌍은 심상 (첫번째 줄)와 3개의 높 대칭 방향을 위해 한 시뮬레이션 (두번째 줄)에서 심상을 억제합니다.

저자는 nanowires가 각 분명한 단위 세포의 시리즈 소집으로 이루어져 있는 원자 비행기 6개 이루어져 있다는 것을 보여주었습니다 (원래 제시되는 보다는 보다 적게 상칭적인 상부구조에 지도하는 숫자 3)를 보십시오 [6]. I 원자는 숫자 1에서 나타나는 것처럼 A 사이트에 S 원자가 B 사이트를 점유하는 동안 할당되었습니다. 위치를 다리를 놓는 본부 (사이트 C)는 점유되지 않았습니다.

줄기 measurments [6368]에 의해 결정되는 nanowire structureMoSI. 부류는 12 Mo를 (빨간) 포함하는, nanowire 단위 세포를 6 S (황색), 12의 I (자주색) 원자 정의합니다.

그 같은 nanoscale 구조상 결심 기술은 엑스레이 회절을 사용하여 이전 시도가 실패하가 그리고/또는 부족하게 정확했던 S와 I 사이트의 점령에 있는 미묘한 다름을 결정하고기 증명했기 때문에, 필수적이었습니다. MoSI에 있는 다른 화학량론을 가진 구조물의 안정성은69-xx 또한 4.5의 범위 안에 밀도범함수이론 계산 (DFT)에 의해 < x < 6. 현저하게 확인되었습니다, S와 내가 상대적으로 자유롭게 교류할 수 있다는 것을 있고, 그리고 또한 개별적인 nanowires 사이서만 아주 약한 상호작용이 있다는 것을 확인한다는 것을 표시하는 다른 화학량론 사이의 에너지에 있는 약간의 다름이 (동일 백본에) 계산은 또한 보여주었습니다. Meden에서 구조물에 DFT 계산에는 12-9-9를 위한 Tomanek 그 외 여러분 [10] 그리고 636를 위한 Vilfan 그리고 Nicolosi에 의하여 그 외 여러분 nanowire 축선의 방향에 따라서 좁은 밴드 금속이기 위하여 [6] 그리고 또한 계산 그 외 여러분 [9] 물자를 예상하고, 그러나 nanowires를 통해 수송을 위한 비 금속 특성이 필수적으로 있습니다.

Nanowires의 기계적 성질

단지 아주 약하다는 것을 bondsbetween nanowire 물가를 - MoSIx nanowires 전시회 현저하게 이방성 기계적 성질 있다는 것을 보여준 계산에 따라 -. MoSIx nanowires에 기계적인 측정은 Young 계수는 높았 그러나, 가위 계수가 유난히 16-89 MPa의 명령에 작았다는 것을, 430 까지 GPa [11] 보여주었습니다. 이 재생 가능한 높은 가치의 기점은 100-150 GPa [10]의 명령의 아직 계산이 약간 더 작은 Young 계수를 예상하기 때문에, 이해되지 않습니다. 이 결과를 관점으로 끼워넣어서 우리는 개별적인 nanowires 사이 군대는 CNTs 또는 흑연 에서 상당히 더 약한 그러나 Young 계수가 최고 SWCNTs 보다 더 적은 단지 2-3 시간만이다는 것을 봅니다. MoSIx nanowires가 실제로 찾아낸 1차원적인 물자에 최고 근사의 한개이다는 것을 아주 작은 가위 계수 [11,13] 함축합니다. 각각 큰 Young 계수 및 작은 가위 계수가 합성물과 감소된 마찰 [13]에 있는 기계적인 증강을 위한 MoSIx nanowires의 사용에 의하여, 유래합니다.

Nanowires의 이동 성질

저항력의 체계적인 측정은 대량 (다리미질된 펠릿)와 개별적인 nanowire 뭉치 [2,3]에 모두 행해졌습니다. 모든 경우에 MoSIx nanowires 여러가지 현재 전압 특성은 선형 이고 저항력의 온도 미결은 급격하게 초기 (unpurified) 견본을 위해 (T0/T) 양식 (VRH) σ =σ0 exp- β의 행동을, β = ¼, 그리고 500 C 이상 온도에 진공에서 단련된 견본을 위해 숫자 4.에서 보이는 것처럼 β = ½ 희망하는 변하기 쉽 범위 뒤에 나오 저온에, 증가하기 위하여 찾아냈습니다. 해설자의 변경은 전도도에 있는 증가와 동반되 -, 틈새 요오드화물의 제거가 구멍 운반대 농도를 증가한다는 것을 더 높은 전도도의 결과로 건의하. 3차원에서 틈새 요오드화물의 제거에 기인한 1차원적인 VRH에 해설자에 있는 이 변경은 크로스오버 식으로 이해될 수 있습니다. 결과는 결정적으로 페르미 에너지에 국가의 유한 조밀도가 있다는 것을, 그리고 수송이 국가 사이 모순되는 토끼뜀에 의해 지배된다는 것을 보여줍니다. 지방화의 기점은 아직 이해되지 않습니다, 그러나 지방화가 결점 때문에 생길 수 있다는 것을 nanowires의 강한 1D 특성은 건의합니다. 실제로 최근 실험은 견본의 향상한 순수성이 10 현저하게 더 높은 σ를 높게는0 줄 수 있다는 것을 보여주었습니다5

(r) 대 (a)−1/4 와 로그를 위한 T (R) 대 각각−1/2 (b)를 위한 T. (a)의 삽입물에 있는 직선은 β로 적합을 = 각각 (b)를 위해 1/4 그리고 1/2 나타냅니다

Nanowires의 광학적 성질

누구든개는 다른 수사에 의해 관찰된, nanowires의 1D 본질이 또한 광학적인 스펙트럼에 있는 예리한 특징으로 광학적 성질에서 보여줄 것이라는 점을 예상할 것입니다. 특유하게 그 같은 특징은 국가의 조밀도에 있는 전자 악대 그리고 상대적으로 예리한 특징의 1차원적인 특성에도 불구하고 관찰되지 않았습니다. 우리가 알아내기 때문에 이것을 위한 이유의 한개는 F.에서 지구 ± 2 eV에서 속하는 Mo에 의하여 d 파생된 궤도에 속이는 이고 좁은 버금띠의 군중이 있다 .

MoSI nanowires의 동쪽으로 향하게 한 박막의 광흡수636 스펙트럼은 E//c와 E^^를 위한 숫자 6 (a)에서 보입니다

(a) 동쪽으로 향하게 한 박막에 있는 광흡수의 측정. 분자 축선 c는 분극에 1개의 케이스에 의하여 동쪽으로 향하게 한 병렬과 그밖 수직에 있었습니다. 고체선은 실험 (임의 가늠자)에서 RPA에서, 그밖 선 산출됩니다 입니다. (b) 다른 용매에 있는 Mo6S3I6 nanowires의 흡수 스펙트럼 및 추가적으로 IPA에 있는 Mo6S4.5I4.5 nanowires의 스펙트럼.

_ 산출하 스펙트럼 의 또한636 에서 그림 보여주 MoSI (6개은 (아)), 같이 측정하 스펙트럼, E 를 위한 오히려 특색이 없 아래 ~ 4 eV이 | c. 기여할 것이다 사슬 시작 사이 ~ 4 eVthe 광학적인 전환의 위. E//c를 위한 흡수 스펙트럼은 산출되는 경우에 스펙트럼이 ~1.2에 의해 에너지에서 오르면 다른 한편으로는 추가 구조물이 및 거기 계산과 실험 사이 확실히 유리한 계약이다는 것을 보여줍니다. 오르기를 위한 필요는 일반적으로 띠 간격을 과소평가하는 DFT 계산에 대한 문제의 결과입니다.

해결책에 있는 흡수도 스펙트럼은 건조한 필름으로 유사한 특징을 보여줍니다, 라는 것 말고는 ~ 0.15 eV에 의해 hypochromically 이동됩니다. 에서 이소프로판올 과 근해, 착물화 행동에서 발생하기 위하여 건의된 5.5 eV 주변에 특징의 추가 증진이 (220 nm) 있습니다, 그러나 그것의 정확한 기점은 불명합니다.

숫자 6에서 우리는 MoSI의 초기의와 단련한 다리미질한 펠릿 견본에 측정된 광학적인 반사력을 보여줍니다636. 둘 다 저주파에 특징 가장자리 같이 명확한 플라스마를 보여줍니다. 2 사이 다름은 확실히 표시되어 있습니다 그러나, 비 단련한 견본 보다는 현저하게 더 높은 반사력을 보여주는 단련한 견본. [또한 FIG. 6 (a)에서 보이는] 산출한 반사력은 견본의 예상된 금속 전도도에 의해 지배되는 저주파에 실험적인 것 보다는 상당히 더 높습니다, 특히. 이것은 완전히 우리의 견본의 Au 코팅을 가진 데이터 환치계산법에 의해에 대하여 설명된 큰 지상에게 뿌리기 주로 때문이. 역시, 산출한 반사력의 전반적인 모양은 측정한 것과 유사합니다. 숫자 6 (b)는 실제 부속 σ를 보여줍니다1

(a) 단련하는의 반사력 R (ω) (견본 1)와 unannealed (무작위 분극을 위한 견본 2) 견본 그리고 산출된 R (ω). (b) 견본 1의1 광학적인 전도도 σ (R (ω)에서 파생되는 ω).

결론

우리는 MoSIx 계속 상대적으로 최근에 발견된 nanowires의 기본적인 속성 결정에 있는 진도가 주의해서 결론집니다 극단적으로 급속하다는 것을. 해결 nanowires에 있는 어려움에도 불구하고 백본 구조물을 결정되었습니다 정확도 적당한으로 구축하십시오. 또한 몇몇 의외 결과를 가져온 특성은, 실험해, MoSIx 분자 nanowires의 강한 1D 특성을 확인하. 이 물자가 상대적으로 쉬운 종합 및 분산과 조화하여 관찰한 속성에 의하여 상업적으로 매력에게 합니다. 실제로 MoSIx nanowires의 유용성은 지역에서 이미 그 같은 건전지 전극 [12], tribology [12] 및 전계 방출 전시 [14] 조사되었습니다. 결과는 일반적인 약속에 있었습니다, 그러나 성장 기계장치와 화학량론 통제에 대한 추가 연구는, 특히 이 물자에 근거를 둔 상업물의 발달을 위해 필요합니다. 이론적인 계산 [6,8,10,15] 구조물 결정과 MoSi 계속 nanowires의 각종 유형 자산 예상에 아주 중요합니다. 다수 이론적인 예측, 특히 magnetoelasticity 및 electrostrictive 속성은 아직도 조사될 것입니다.

이 일은 EU 특성에 의하여 표적으로 한 연구 계획 DESYGN-IT (NMP4-CT-2004-505626 없음)에 의해 지원되었습니다.

참고

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Damjan Dvorsek

Jožef Stefan 학회
Jamova 39

Ljubljana 1000년

슬로베니아

전자 우편: damjan.dvorsek@ijs.si

Jožef Stefan 학회
Jamova 39

Ljubljana 1000년

슬로베니아

전자 우편: dragan.mihailovic@ijs.si

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

Last Update: 13. June 2013 18:03