There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam
OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojomo0124

Structureel en Fysische Eigenschappen van mo6SxI9-X Moleculaire Nanowires

IT DESYGN - Speciale Uitgave

Ontwerp, Synthese en de Groei van Nanotubes voor Industriële Technologie

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

Copyright AZoM.com PTY Ltd.

Dit is een Azo Open die artikel van de Beloningen van de Toegang van het Systeem (azo-Roeispanen) in het kader van de termijnen van de azo-Roeispanen http://www.azonano.com/oars.asp wordt verspreid

Voorgelegd: 6th November 2007

Gepost: 16th November 2007

Besproken Onderwerpen

Samenvatting

Inleiding

Methodes en Materialen

De Samenstelling van Nanowire

Structurele Eigenschappen

Structuur van zelf-Geassembleerde Kristallen Nanowire

Samenvatting van Fysische Eigenschappen

Mechanische Eigenschappen van Nanowires

De Eigenschappen van het Vervoer van Nanowires

Optische Eigenschappen van Nanowires

Conclusies

Erkenning

Verwijzingen

Wij stellen een kort overzicht van atoom en elektronische structuur van molybdeen-zwavel-jodium moleculaire nanowires voor. Wij vatten ook hun basisvervoer, optische en mechanische eigenschappen samen.

Het Begrip van basiseigenschappen van nanomaterials is cruciaal belangrijk voor hun gebruik in nanotechnologie. Als één van de wijdst bestudeerde materialen in het laatste decennium, stelt de koolstof (CNT) nanotubes een aantal interessante eigenschappen tentoon. Nochtans, wordt het algemene gebruik van CNT in nanotechnologie belemmerd door intrinsiek niet-homogeen karakter van massa samengesteld materiaal. De moeilijkheid om metaal en semiconducting nanotubes van het samengestelde materiaal te scheiden verhindert het gebruik van CNT in toepassingen waar de identieke bouwstenen met de zelfde eigenschappen worden vereist. Een Ander probleem met het gebruik van CNT in nanotechnologietoepassingen is hun slechte verspreidingskenmerken in low-boiling puntoplosmiddelen zonder het gebruik van extra capillair-actieve stoffen. Deze kwesties motiveren sterk onderzoeken van alternatieve nanomaterials.

Één van nieuwe het beloven materialen de waarvan synthese eerst [1] in 2004 werd gemeld, is molybdeen-zwavel-jodium nanowires. Hun synthese en voorbereiding zijn veel minder eisend dan CNTs en zoals te verwachten, sinds hun ontdekking, werden de materialen onderzocht met een brede waaier van technieken en zijn het onderwerp van talrijke en diverse onderzoeken, met inbegrip van een onderzoek naar mogelijke industriële toepassingen geweest. Het materiaal bleek het leiden ééndimensionale moleculair-draad-als nanomaterial die typisch in bevolen bundels [2.3] verschijnt die goede dispersability in een waaier van gemeenschappelijke oplosmiddelen [4.5] hebben, in vele opzichten functioneel zeer gelijkaardig aan CNTs. De vrij eenvoudige synthese van het materiaal van elementen zonder enige katalysators [1] geeft een mogelijkheid om productie te schrapen en vandaar toepasselijkheid van het materiaal in industriële technologie. Een aantal mogelijke toepassingen worden momenteel nagestreefd, zich uitstrekt van moleculaire elektronika aan het leiden en tribological samenstellingen.

Methodes en Materialen

In dit artikel dat wij bij de inzameling van verschillende onderzoeken op basiseigenschappen van molybdeen-zwavel-jodium hebben gerapporteerd nanowires. De onderzoeken strekken zich van structurele studies uit aan studies van mechanisch, vervoer en optische eigenschappen. De structuur werd bestudeerd met combinatie experimentele technieken die experimenten van de de absorptie de fijne structuur van de Röntgenstraal (XAFS), atoom de functieanalyse van de paardistributie (PDF) omvatten, (HRTEM) en de elektronenmicroscopie van de aftastentransmissie (STEM)

De Samenstelling van Nanowire

Nanowires die werden onderzocht hebben de chemische formule MoSI69-xx (3 < x die < 6) en behoren tot een groep clustersamenstellingen op overgangsmetaal chalcogenides worden gebaseerd. Terwijl worden de clusters in het grootste deel van deze vorm driedimensionele netwerken, de clusters in MoSI69-xx (MoSIx) geschikt in ééndimensionale kettingen. Na de enige stapsynthese die van elementen te werk gaat wordt MoSIx nanowire gewoonlijk ingepakt in bundels, maar de bundels kunnen controllably worden verspreid en gevonden om een stabiele verspreiding met individuele moleculaire draden [5] te vormen. MoSIx werd nanowires dat in deze onderzoeken werden gebruikt geleverd door een bedrijf Mo6 en werd verwerkt door was, verspreiding en sedimentatie.

Structurele Eigenschappen van Nanowires

De structuur van MoSI werd69-xx nanowires eerst bestudeerd met de diffractie van de Röntgenstraal [1]. Het is spoedig duidelijk geworden dat andere technieken of combinatie technieken voor gedetailleerde bepaling van de structuur zullen worden vereist. De nauwkeurige bepaling van atoominbezitneming van verschillende plaatsen van de spectrums van de Röntgenstraal werd belemmerd, omdat individuele nanowires vaak niet volkomen met betrekking tot elkaar binnen een bundel worden bevolen, en de bundels zelf zijn verdraaid of misvormd.

De basisstructuur werd bepaald door de lokale structuurinformatie van XAFS met de gemiddelde structuurinformatie van de metingen van de het poederdiffractie van de Röntgenstraal te combineren [6]. De verkregen structuur (figuur 1) wordt het best in een ééndimensionaal die polymeer uitgedrukt uit kettingen van covalent verbindende die mo-chalcogenide-Halogenide clusters wordt samengesteld, uit Mo (6S, I) worden samengesteld6 eenheden, samen bij door drie kationen (S of I) worden aangesloten. Meden et al [6] bepaalden de ruimtegroep als P63, beantwoordend aan de bundelstructuur met drie parallelle draden636 MoSI binnen de eenheidscel. De studie, die door berekeningen van de dichtheids de functionele theorie (DFT) werd aangevuld, toonde ook aan dat er geen covalente banden tussen individuele nanowires zijn, wat tot de opmerkelijke ééndimensionale eigenschappen en de gemakkelijke verspreiding in individuele moleculaire nanowires leidt. Dit bezit leidt verpakkings tot wanorde wanneer de individuele nanowirebundels tegen elkaar binnen de bundels glijden.

De atoomstructuur van Mo6S3I6 nanowires. (a) zijaanzicht van een individuele moleculaire ketting Mo6S3I6 met de atomen van S in de het overbruggen posities B en (b) projectie langs de kristallijne cas. De Vroege de diffractieexperimenten van de Röntgenstraal wezen op ketting opdracht gevend tot volgens hexagonale die P63 spacegroup12 (de eenheidscel met stevige lijnen wordt getoond)

Toen de preferrential die richtlijn van de steekproef in de experimenten XRD in acht werd genomen, de overeenkomst met het model door Meden et al wordt voorgesteld. [6] was goed genoeg om de backbone structuur boven om het even welke redelijke twijfel, maar niet de inbezitneming van S en I op de backbone na te gaan. De bijkomende structurele studie door Pair-distribution functie (PDF)analyse [7] bevestigde tezelfdertijd de skeletachtige structuur, maar hief wat onzekerheid betreffende de bevolking van S en I in de verschillende posities op. Beide studies gaan met aanwezigheid van S in de het overbruggen vliegtuigen (posities B) en jodium voor positie A akkoord, maar er schijnt een discrepantie betreffende de inbezitneming van de centrale die het overbruggen positie te zijn als atoom C in Figuur 1 wordt getoond. Terwijl XRD dit om min of meer onbezet toont te zijn, anders suggereren de studies PDF. Deze discrepantie werd blijkbaar opgelost door HRTEM en van de STAM studies, die geen inbezitneming op de plaats van C toonden.

Structuur van zelf-Geassembleerde Kristallen Nanowire

De studies van HRTEM en van de STAM zijn uitgevoerd door Nicolosi et al. [8] op MoSI64.54.5 (of 12-9-9) en MoSI die636 geavanceerd techniqes in het bijzonder ringvormig donker gebied imaging.ADF (ADF) gebruiken werd de weergave die aberratie-verbeterde STAM gebruiken gebruikt om de structuur van zelf-geassembleerde nanowire kristallen in het bijzonder voor MoSI zeer nauwkeurig te bepalen636. Op basis van een zeer gedetailleerde vergelijking van berekende en waargenomen structurele beelden TEM langs verschillende hoeken zoals aangetoond in figuur 2, besloten de auteurs dat de verpakking van nanowires een p-1 (#2) structuur heeft, eerder dan r-3 (#148) of P63 (#173) eerder ruimte voorgestelde groepen, wegens een eerder subtiel effect, namelijk het ontbreken van een rotatiesymmetrie langs de draad, die in een triclien rooster zou resulteren.

(a), (b) die de beelden van HRTEM van bundels van individuele nanowires worden geassembleerd. (c) - (h) Paren van het experimentele die ADF beeld van de STAM (eerste rij) en beeld van simulaties (tweede rij) voor drie hoog-symmetrierichtingen worden gemaakt.

De auteurs toonden aan dat nanowires uit een reeksserie van goed bepaalde eenheidscellen elk bestaan die uit zes atoomvliegtuigen (zie figuur 3) bestaan, leidend tot een minder symmetrische bovenbouw dan oorspronkelijk voorgesteld [6]. De atomen van I werden toegewezen aan de plaatsen van A zoals die in figuur 1 worden vermeld terwijl de atomen van S de plaatsen van B bezetten. De centrale het overbruggen posities (plaats C) waren niet bezet.

Nanowire structureMoSI636 zoals die door measurments van de STAM wordt bepaald [8]. De steunen bepalen de cel van de nanowireeenheid, die (rood) Mo 12 bevat, 6 (geel) S, purpere) atomen 12 van I (.

Zulk een techniek van de nanoscale structurele bepaling was essentieel, aangezien de vorige pogingen die de diffractie van de Röntgenstraal gebruiken niet succesvol en/of onvoldoende nauwkeurig zijn gebleken om subtiele verschillen in inbezitneming van de plaatsen van S te bepalen en van I. De stabiliteit van structuren met de verschillende stoichiometrie in MoSI werd69-xx ook bevestigd door berekeningen van de dichtheids de functionele (DFT) theorie in de waaier van 4.5 < x < 6. Opmerkelijk, toonden de berekeningen ook aan dat er zeer weinig verschil in energie tussen de verschillende stoichiometrie (op de zelfde backbone) is, wijzend op dat S en Ik kan vrij vrij uitwisselen, en ook bevestigen dat er slechts zeer zwakke interactie tussen individuele nanowires zijn. De berekeningen DFT op de structuur vanaf Meden et al. [6] en ook berekeningen door Tomanek et al. [10] voor 12-9-9, en door Vilfan en Nicolosi et al. [9] voor 636 voorspel hoofdzakelijk het materiaal om een narrowband metaal langs de richting van de nanowireas te zijn, maar hebben niet-metalen karakter voor vervoer over nanowires.

Mechanische Eigenschappen van Nanowires

Overeenkomstig de berekeningen - die toonden dat daar zeer slechts zwak is bondsbetween nanowire bundels - MoSIx nanowires tentoongesteld voorwerp opmerkelijk anisotrope mechanische eigenschappen. De mechanische metingen op MoSIx nanowires toonden aan dat de scheerbeurtmodulus uitzonderlijk klein, op de orde van MPa 16-89, terwijl de modulus van Jongelui hoog was, tot 430 GPa [11] was. De oorsprong van deze reproduceerbare hoge waarden wordt nog niet begrepen, aangezien de berekeningen de modulussen van enigszins kleinere Jongelui hebben voorspeld, van ongeveer 100-150 GPa [10]. Zettend deze resultaten in perspectief zien wij dat de modulus van de Jongelui slechts 2-3 keer minder dan voor beste SWCNTs is, terwijl de krachten tussen individuele nanowires wezenlijk zwakker zijn dan in CNTs of grafiet. De zeer kleine scheerbeurtmodulus [11.13] impliceert dat MoSIx nanowires één van de beste benaderingen aan een ééndimensionaal die materiaal in aard wordt gevonden is. Het gebruik van MoSIx nanowires voor mechanische versterking in samenstellingen en verminderde wrijving [13], stam van de modulus van de grote Jongelui en de kleine scheerbeurt respectievelijk modulus.

De Eigenschappen van het Vervoer van Nanowires

De Systematische metingen van weerstandsvermogen werden gedaan zowel op massa (gedrukte korrels) en op individuele nanowirebundels [2.3]. In alle gevallen met verschillende MoSIx nanowires zijn de huidig-voltagekenmerken lineair en de temperatuurafhankelijkheid van het weerstandsvermogen werd gevonden om exponentieel bij lage temperatuur, na veranderlijk-waaier het hopen gedrag (VRH) van de vorm σ =σ0 exp- (T0/T) β te stijgen, waar β = ¼ voor oorspronkelijke (ongezuiverde) steekproeven, en β = ½ voor steekproeven die in vacuüm bij temperaturen boven 500 C, zoals aangetoond in Figuur 4 zijn onthard. De omschakeling van exponent wordt begeleid met een verhoging van geleidingsvermogen - voorstellend dat de verwijdering van tussenliggende jodium de gatencarrier concentratie verhoogt, resulterend in hoger geleidingsvermogen. Deze verandering in exponent kan zich in termen van een oversteekplaats van driedimensionele aan ééndimensionale die VRH begrijpen door de verwijdering van tussenliggende jodium wordt veroorzaakt. De resultaten tonen afdoend aan dat er een eindige dichtheid van staten bij de Fermi energie is en dat het vervoer door onsamenhangend hoppen tussen staten wordt overheerst. De oorsprong van localisatie wordt nog niet begrepen, maar het sterke 1D karakter van nanowires stelt voor dat de localisatie wegens tekorten kan voorkomen. De recente experimenten hebben aangetoond namelijk dat de betere zuiverheid van steekproeven beduidend hogere σ zo kan0 geven hoog zoals 105

(r) tegenover T−1/4 voor (a) en een logboek (R) tegenover T−1/2 voor respectievelijk (b). De rechte lijn in het bijvoegsel van (a) vertegenwoordigt een pasvorm met β = 1/4 en 1/2 voor respectievelijk (b)

Optische Eigenschappen van Nanowires

Men zou verwachten dat de 1D aard van nanowires, die door verschillende onderzoeken werd waargenomen, ook in optische eigenschappen als scherpe eigenschappen in optische spectrums zou tonen. Vreemd Genoeg werden geen dergelijke eigenschappen waargenomen ondanks ééndimensionaal karakter van de elektronische banden en de vrij scherpe eigenschappen in de dichtheid van staten. Één van de redenen voor dit zoals wij te weten kwamen is dat er een massa smalle sub-bands is die tot Mo D-afgeleide orbits behoren en die in gebied± 2 eV van F. liggen.

De optische absorptiespectrums van georiënteerde dunne film van MoSI worden636 nanowires getoond in figuur 6 (a) voor E//c en E^^

(a) Metingen van optische absorptie in georiënteerde dunne films. De moleculaire as c was in één geval georiënteerde parallel en in de andere loodlijn aan polarisatie. De Stevige lijnen zijn van het experiment (willekeurige schaal), worden de andere lijnen berekend in RPA. (b) de absorptiespectrums van Mo6S3I6 nanowires in verschillende oplosmiddelen en daarnaast de spectrums van Mo6S4.5I4.5 nanowires in IPA.

De berekende die spectrums van MoSI636 (ook in Fig. 6 (a wordt getoond)) zijn, als gemeten spectrums, eerder eentonige onderstaande eV ~ 4 voor E | c. Boven ~ 4 beginnen de eVthe optische overgangen tussen de kettingen bij te dragen. De absorptiespectrums voor E//c tonen anderzijds meer structuur en er is vrij goede overeenstemming tussen berekeningen en experimenten, indien de berekende spectrums in energie door ~1.2 worden geschraapt. De behoefte om te schrapen is een gevolg van het probleem met berekeningen DFT dat over het algemeen het bandhiaat onderschat.

De spectrums van de Absorbering in oplossing tonen gelijkaardige eigenschappen als droge films, behalve dat worden zij hypochromically verplaatst door eV ~ 0.15. In isopropanol en in water, is er een extra verhoging van de eigenschap om ongeveer eV 5.5 (220 NM), die om van complexation gedrag werd voorgesteld het gevolg te zijn, maar zijn nauwkeurige oorsprong is onbekend.

In Figuur 6 tonen wij het optische die reflectievermogen op oorspronkelijke en een ontharde gedrukte korrelsteekproeven wordt gemeten van MoSI636. Allebei tonen een duidelijk plasma rand-als eigenschap bij lage frequenties. Het verschil tussen twee is vrij duidelijk nochtans, de ontharde steekproef die een beduidend hoger reflectievermogen tonen dan de niet-ontharde steekproef. Het berekende die reflectievermogen [ook in Fig. 6 (a) wordt getoond] is wezenlijk hoger dan experimentele, in het bijzonder bij lage frequenties waar het door het voorspelde metaalgeleidingsvermogen van de steekproef wordt overheerst. Dit is hoofdzakelijk toe te schrijven aan zich het grote oppervlakte verspreiden, niet volledig rekenschap gegeven van door de gegevensrenormalisatie met Au-Deklaag van onze specimens. Niettemin, is de algemene vorm van het berekende reflectievermogen gelijkaardig aan gemeten. Figuur 6 (b) toont echt deel σ1

(a) het reflectievermogen R (ω) van ontharde (Steekproef 1) en niet getemperde (Steekproef 2) steekproeven en berekend R (ω) voor willekeurige polarisaties. (b) het optische die geleidingsvermogen σ1 (ω) van steekproeven 1, uit R (ω) wordt afgeleid.

Conclusies

Wij besluiten door op te merken dat de vooruitgang in het bepalen van basiseigenschappen van vrij onlangs ontdekte MoSIx nanowires uiterst snel is geweest. Ondanks de moeilijkheden in het oplossen van nanowires structuur is de backbone structuur bepaald met redelijke graad van nauwkeurigheid. Ook de karakteriseringsexperimenten, die sommige verrassende resultaten brachten, die het sterke 1D karakter van moleculaire nanowires MoSIx bevestigen. De waargenomen eigenschappen in combinatie met vrij gemakkelijke synthese en verspreiding maken dit materiaal commercieel aantrekkelijk. Het nut van MoSIx is nanowires reeds onderzocht namelijk op gebieden dergelijke batterijelektroden [12], wrijvingsleer [12] en van de gebiedsemissie vertoningen [14]. De resultaten waren in algemeen belovend, maar het verdere onderzoek, in het bijzonder bij de groeimechanismen en de de stoichiometriecontrole is nodig voor ontwikkeling van commerciële die producten op dit materiaal worden gebaseerd. De Theoretische berekeningen [6.8.10.15] zijn zeer belangrijk in het bepalen van de structuur en in het voorspellen van diverse fysische eigenschappen van MoSi nanowires geweest. Een aantal theoretische voorspellingen, in het bijzonder magnetoelasticity en electrostrictive eigenschappen moeten nog worden onderzocht.

Dit werk werd gesteund door de Specifieke EU Richtte het Project van het Onderzoek desygn-HET (Nr nmp4-ct-2004-505626).

Verwijzingen

     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., lucht-Stal monodispersed MoSI636 nanowires“, Nanotechnologie 15, blz. 635-638, 2004.

     Bercic B., Pirnat U., Kusar P., Dvorsek D., Mihailovic D., Vengust D., Podobnik B., de „eigenschappen van het Vervoer van nanowire636 netwerken MoSI“ . 88, blz. 173103-1-3, 2006.

     Uplaznik M., Bercic B., Strle J., Ploscaru M., Dvorsek D., Kusar P., Devetak M., Vengust D., Podobnik B., Mihailovic D., „Geleidingsvermogen van enige MoSI69-xx moleculaire nanowirebundels“, Nanotechnologie 17, 5142-5146, 2006. Z.Kutnjak monodispersed Z et al., elektrogeleiding Met Twee Kanalen in lucht-stal nanowire bladen MoSI. J.Appl. Phys. 99, p064311, 2006

     Nicolosi V., Mccarthy D.N., Vengust D., Mihailovič D., Blau W.J., Coleman J.N., „6SI9-xx nanowires in gemeenschappelijke oplosmiddelen“, Eur.Phys.J.Appl.Phys. 37, blz. 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 in Gemeenschappelijke Oplosmiddelen: Een Studie van de Sedimentatie“, J. Phys. Chem. B 109, blz. 7124-7133, 2005.

     Meden A., Kodre A., Padežnik Gomilšek J., Arčon I., Vilfan I., Vrbanič D., Mrzel A., structuur van Mihailović D., de „Atoom en elektronische van MoSI69-xx nanowires“ Nanotechnologie 16 (Bristol), blz. 1578 - 1583, 2005.

     Paglia G., Božin E.S., Vengust D., de „Nauwkeurige Bepaling van de Structuur van MoSI6yz nanowires van AtoomAnalyse“ 18 (PDF), blz. 100 - 106, 2006 van de Distributie van het Paar van de Functie.

     Nicolosi V., Nellist P., Sanvito S., Cosgriff E.G., Krishnamurthy S., Blau W.J., Green M., Vengust D., Dvoršek D., Mihailovič D., Compagnini G., Sloan J., Stolojan V., Carey J.D., Pennycook J., Coleman J.N., „Observatie van van der Waals gedreven zelf-assemblage van MoSI nanowires in laag-symmetriestructuur die aberratie-verbeterde elektronenmicroscopie“ gebruiken, Adv. mater. 19, kwestie 4 (Weinh.), blz. 543 - 547, 2007.

9.     Vengust D., Pfuner F., Degiorgil., Vilfan I., Nicolosi V., Coleman J.N., Mihailović D., „6SI36 nanowires“, In Pers Phys. Toer B

Yang T., Okano S., Berber S., Tománek D., Interactie tussen Structuur en Magnetisme in MoSI129, Nanowires“, Phys. Toer Lett. 96, blz.

Kis A., Csanyi G., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Kulik A.J., Onderzoek Forro L., „Nanomechanical van de Bundels69_xx van MoSI Nanowire“, Kleine 3, blz. 1544-1547, 2007 en Kis A., et al., „“ 15 (9), pp.733 - 736, 2003

Dominko R., Arcon D., Mrzel A., Zorko A., Cevc P., Venturini P., Gaberscek M., Remskar M., Mihailović D. „, Geavanceerde Materialen 14 (21), blz. 1531-1534, 2002.

Joly-Pottuza L., Dassenoya F., Martina J.M., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Vogelc W., Montagnac G., „“, Brieven van de Wrijvingsleer 18 (3), blz. 385-393, 2005.

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

en Mihailovic D., „Niet-lineaire elastische en mechanische eigenschappen van Mo6S3I6 nanowires.“ Phys.Rev.B 74, p235411. 2006.

Damjan Dvorsek

Jožef Stefan Institute
Jamova 39
Ljubljana, 1000
Slovenië

E-mail: damjan.dvorsek@ijs.si

Jožef Stefan Institute
Jamova 39
Ljubljana, 1000
Slovenië

E-mail: dragan.mihailovic@ijs.si

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

Last Update: 13. June 2013 17:43