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DOI : 10.2240/azojomo0124

Propriedades Estruturais e Físicas de Mo6SxI9-x Nanowires Molecular

DESYGN a TI - Edição Especial

Projecto, Síntese e Crescimento de Nanotubes para a Tecnologia Industrial

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

PTY Ltd. de Copyright AZoM.com

Este é um artigo do Sistema das Recompensas do Acesso Aberto do AZo (AZo-REMOS) distribuído sob os termos dos AZo-REMOS http://www.azonano.com/oars.asp

Submetido: 6 de novembro de 2007th

Afixado: 16 de novembro de 2007th

Assuntos Cobertos

Sumário

Introdução

Métodos e Materiais

Composição de Nanowire

Propriedades Estruturais

Estrutura de Cristais Auto-Montados de Nanowire

Sumário de Propriedades Físicas

Propriedades Mecânicas de Nanowires

Propriedades de Transporte de Nanowires

Propriedades Ópticas de Nanowires

Conclusões

Reconhecimentos

Referências

Nós apresentamos uma breve vista geral da estrutura atômica e eletrônica de nanowires moleculars do molibdênio-enxofre-iodo. Nós igualmente resumimos suas propriedades básicas do transporte, as ópticas e as mecânicas.

Compreender propriedades básicas dos nanomaterials é crucial importante para seu uso na nanotecnologia. Como um dos materiais o mais extensamente estudados na última década, os nanotubes do carbono (CNT) exibem um número de propriedades interessantes. Contudo, o uso difundido de CNT na nanotecnologia é impedido pela heterogeneidade intrínseca do material sintetizado volume. A dificuldade de separar nanotubes metálicos e semiconducting do material sintetizado impede o uso de CNT nas aplicações onde os blocos de apartamentos idênticos com as mesmas propriedades seriam exigidos. Um Outro problema com o uso de CNT em aplicações da nanotecnologia é suas características deficientes da dispersão em solventes deebulição do ponto sem o uso de surfactants adicionais. Estas edições motivam fortemente investigações de nanomaterials alternativos.

Um dos materiais prometedores novos cuja a síntese foi relatada primeiramente [1] em 2004, é nanowires do molibdênio-enxofre-iodo. Suas síntese e preparação estão exigindo muito menos do que CNTs e não surpreendentemente, desde sua descoberta, os materiais foi pesquisado com uma vasta gama de técnicas e foi o assunto de investigações numerosas e diversas, incluindo uma busca para aplicações industriais possíveis. Material despejou para estar conduzindo de uma dimensão molecular-fio-como nanomaterial que tipicamente aparece em pedido empacota [2,3] que têm o bom dispersability em uma escala dos solventes comuns [4,5], em vários aspectos funcional muito similar a CNTs. A síntese relativamente simples do material dos elementos sem nenhuns catalizadores [1] dá uma possibilidade para escalar a produção e daqui a aplicabilidade do material na tecnologia industrial. Um número de aplicações possíveis estão sendo levadas a cabo actualmente, variando da eletrônica molecular à condução e aos compostos tribológicos.

Métodos e Materiais

Neste artigo nós relatamos na coleção de investigações diferentes em propriedades básicas de nanowires do molibdênio-enxofre-iodo. As investigações variam dos estudos estruturais aos estudos de mecânico, do transporte e de propriedades ópticas. A estrutura foi estudada com combinação de técnicas experimentais que incluíram as experiências da estrutura fina da absorção do Raio X (XAFS), da distribuição pares atômicos de análise de função (PDF), (HRTEM) e microscopia de elétron de transmissão da exploração (STEM)

Composição de Nanowire

Os nanowires que foram investigados têm a fórmula química MoSI69-xx (3 < x < 6) e pertencem a um grupo de compostos do conjunto baseados em chalcogenides do metal de transição. Quando os conjuntos na maioria deste formulário redes tridimensionais, os conjuntos em MoSI69-xx (MoSIx) forem arranjados em correntes de uma dimensão. Depois Que a síntese da única etapa que continua dos elementos o nanowire de MoSIx é embalada geralmente nos pacotes, mas nos pacotes pode controllably ser dispersado e estiveram encontrados para formar uma dispersão estável com fios moleculars individuais [5]. Os nanowires de MoSIx que foram usados nestas investigações foram fornecidos por uma empresa Mo6 e processados pelo lavagem, pela dispersão e pela sedimentação.

Propriedades Estruturais de Nanowires

A estrutura de nanowires69-xx de MoSI foi estudada primeiramente com difracção de Raio X [1]. Tornou-se logo claro que as outras técnicas ou combinação de técnicas serão necessários para determinação detalhada da estrutura. A determinação exacta do manutenção atômico de locais diferentes dos espectros de Raio X foi impedida, porque os nanowires individuais não são pedidos frequentemente perfeitamente relativo a se dentro de um pacote, e os pacotes eles mesmos são torcidos ou deformados.

A estrutura básica foi determinada combinando a informação local da estrutura de XAFS com a informação da estrutura média das medidas da difracção do pó do Raio X [6]. A estrutura obtida (figura 1) é descrita melhor em termos de um polímero de uma dimensão compor das correntes de conjuntos covalently limitados do Mo-chalcogenide-Alogenuro, compor de Mo6 (S, I)6 as unidades, juntadas junto por três cations (S ou o I). Meden e outros [6] determinaram o grupo de espaço como P63, correspondendo à estrutura do pacote com os três fios paralelos636 de MoSI dentro da pilha de unidade. O estudo, que foi complementado por cálculos da teoria funcional (DFT) de densidade, igualmente mostrou que não há nenhuma ligação covalent entre nanowires individuais, que conduz às propriedades de uma dimensão notáveis e à dispersão fácil em nanowires moleculars individuais. Esta propriedade causa a desordem da embalagem quando as costas individuais do nanowire deslizam entre si dentro dos pacotes.

A estrutura atômica dos nanowires Mo6S3I6. (a) Ideia Lateral de uma corrente Mo6S3I6 molecular individual com os átomos de S nas posições de construção de uma ponte sobre B e (b) da projecção ao longo da linha central cristalina de c. As experiências Adiantadas da difracção de Raio X indicaram pedir chain de acordo com o P63 sextavado spacegroup12 (a pilha de unidade mostrada com linhas contínuas)

Quando a orientação preferrential da amostra nas experiências de XRD foi levada em consideração, o acordo com o modelo propor por Meden e outros [6] era bom bastante verificar a estrutura da espinha dorsal além de toda a dúvida razoável, mas não o manutenção de S e I na espinha dorsal. O estudo estrutural complementar pela análise de função (PDF) da Par-Distribuição [7] confirmou a estrutura esqueletal, mas levantou ao mesmo tempo alguma incerteza em relação à população de S e de I nas posições diferentes. Ambos Os estudos concordam com a presença de S na construção de uma ponte sobre aplanam (as posições B) e os iodos para a posição A, mas parecem lá ser uma discrepância em relação ao manutenção da posição de construção de uma ponte sobre central mostrada como o átomo C em Figura 1. Considerando Que o XRD mostra este para ser mais ou menos desocupado, os estudos do PDF sugerem de outra maneira. Esta discrepância foi resolvida aparentemente pelos estudos de HRTEM e de HASTE, que não mostraram nenhum manutenção no local de C.

Estrutura de Cristais Auto-Montados de Nanowire

HRTEM e os estudos da HASTE foram executados por Nicolosi e outros [8] em MoSI64.54.5 (ou em 12-9-9) e MoSI636 que usa imagem lactente anular avançada do campo escuro imaging.ADF (ADF) dos techniqes que usa a HASTE aberração-corrigida foi usado em particular para determinar muito exactamente a estrutura de cristais auto-montados do nanowire particularmente para MoSI636. Com base em uma comparação muito detalhada de imagens estruturais calculadas e observadas de TEM ao longo dos ângulos diferentes segundo as indicações de figura 2, os autores concluíram que a embalagem dos nanowires tem (#2) uma estrutura P-1, um pouco do que os grupos (#173) de espaço R-3 (#148) ou P63 propor previamente, devido a um efeito um pouco subtil, a saber a ausência de uma simetria rotatória ao longo do fio, que conduziria a uma estrutura triclinic.

(a), (b) imagens de HRTEM dos pacotes montou dos nanowires individuais. (c) - (h) os Pares de ADF experimental PROVÊM a imagem (primeira fileira) e a imagem das simulações (segunda fileira) feitas para três sentidos da alto-simetria.

Os autores mostraram que os nanowires consistem em uma disposição da série de pilhas de unidade bem definidas cada seis planos atômicos consistindo (veja figura 3), conduzindo a uma superestrutura menos simétrica do que propor originalmente [6]. Os átomos de I estiveram atribuídos aos locais de A como indicado em figura 1 quando os átomos de S ocuparem os locais de B. A central que constrói uma ponte sobre posições (o local C) não foi ocupado.

O structureMoSI do nanowire636 como determinado pelos measurments da HASTE [8]. Os suportes definem a pilha de unidade do nanowire, que contem 12 Mo (vermelho), 6 S (amarelo), 12 átomos (roxos) de I.

Uma técnica tão estrutural da determinação do nanoscale era essencial, desde que as tentativas precedentes que usam a difracção de Raio X provaram mal sucedido e/ou exacto determinar insuficiente diferenças subtis no manutenção dos locais de S e de I. A estabilidade das estruturas com estequiometria diferente em MoSI69-xx foi confirmada igualmente por cálculos da teoria funcional (DFT) de densidade na escala de 4,5 < x < 6. Notàvel, os cálculos igualmente mostraram que há uma diferença muito pequena na energia entre as estequiometrias diferentes (na mesma espinha dorsal), indicando que S e Eu podemos se intercambiar relativamente livremente, e igualmente confirma que há somente umas interacções muito fracas entre nanowires individuais. Os cálculos de DFT na estrutura de Meden e outros [6] e igualmente cálculos por Tomanek e outros [10] para 12-9-9, e por Vilfan e por Nicolosi e outros [9] para 636 prevêem o material para ser um metal de faixa estreita ao longo do sentido da linha central do nanowire, mas têm essencialmente o carácter não metálico para o transporte através dos nanowires.

Propriedades Mecânicas de Nanowires

De acordo com os cálculos - que mostraram que há somente muito fraco bondsbetween costas do nanowire - propriedades mecânicas notàvel anisotrópicas da exibição dos nanowires de MoSIx. As medidas mecânicas em nanowires de MoSIx mostraram que o módulo da tesoura era excepcionalmente pequeno, na ordem de MPa 16-89, quando o módulo Young era alto, até 430 GPa [11]. A origem destes elevados valor reprodutíveis não é compreendida ainda, porque os cálculos previram módulos Young um tanto menores, do pedido de 100-150 GPa [10]. Pondo estes resultados na perspectiva nós vemos que o módulo Young é somente 2-3 vezes menos do que para o melhor SWCNTs, quando as forças entre nanowires individuais forem substancialmente mais fracas do que em CNTs ou em grafite. O módulo muito pequeno da tesoura [11,13] implica que os nanowires de MoSIx são uma das melhores aproximações a um material de uma dimensão encontrado na natureza. O uso de nanowires de MoSIx para o reforço mecânico nos compostos e na fricção reduzida [13], de haste do grande módulo Young e do módulo pequeno da tesoura respectivamente.

Propriedades de Transporte de Nanowires

As medidas Sistemáticas da resistividade foram feitas em maioria (pelotas pressionadas) e nos pacotes individuais do nanowire [2,3]. Em todos os casos com nanowires diferentes de MoSIx as características da actual-tensão são lineares e a dependência da temperatura da resistividade foi encontrada para aumentar exponencial na baixa temperatura, depois da variável-escala que espera (VRH) o comportamento do β do σ =σ0 exp do formulário (T0/T), onde β = ¼ para amostras (unpurified) pristine, e β = ½ para as amostras que foram recozidas no vácuo em temperaturas acima de 500 C, segundo as indicações de Figura 4. A comutação do exponente é acompanhada com um aumento na condutibilidade - sugerindo que a remoção do iodo intersticial aumente a concentração de portador do furo, tendo por resultado uma condutibilidade mais alta. Esta mudança no exponente pode ser compreendida em termos de um cruzamento de tridimensional a VRH de uma dimensão causado pela remoção do iodo intersticial. Os resultados mostram conclusiva que há uma densidade finita dos estados na energia de Fermi e que o transporte está dominado pela lupulagem incoerente entre estados. A origem da localização não é compreendida ainda, mas o carácter 1D forte dos nanowires sugere que a localização possa ocorrer devido aos defeitos. As experiências Certamente recentes mostraram que a pureza melhorada das amostras pode dar um σ significativamente mais alto0 tão altamente quanto 105

(R) contra T−1/4 para (a) e um registro (R) contra T−1/2 para (b) respectivamente. A linha recta inserir de (a) representa um ajuste com o β = 1/4 e 1/2 para (b) respectivamente

Propriedades Ópticas de Nanowires

Se esperaria que a natureza 1D dos nanowires, que foi observada por investigações diferentes, igualmente mostraria em propriedades ópticas como características afiadas em espectros ópticos. Peculiar nenhuma tal característica foi observada apesar do carácter de uma dimensão das faixas eletrônicas e das características relativamente afiadas na densidade dos estados. Uma das razões para esta como nós encontramos é que há uma multidão de secundário-faixas estreitas que pertencem aos orbitals d-derivados Mo e que se encontra no eV do ± 2 da região do F.

Os espectros de absorção óptica do filme fino orientado de nanowires636 de MoSI são mostrados na figura 6 (a) para E//c e E^^

(a) Medidas da absorção óptica em filmes finos orientados. A linha central molecular c estava em uma paralela orientada caso e na outra perpendicular à polarização. As Linhas contínuas são da experiência (escala arbitrária), as outras linhas são calculadas no RPA. (b) Os espectros de absorção dos nanowires Mo6S3I6 em solventes diferentes e além os espectros dos nanowires Mo6S4.5I4.5 em IPA.

Os espectros calculados de MoSI636 (igualmente mostrado no Figo 6 (a)) são, como espectros medidos, eV abaixo um pouco descaracterizado do ~ 4 para o E | c. Acima das transições ópticas do eVthe do ~ 4 entre o começo das correntes a contribuir. Os espectros de absorção para E//c mostram que por outro lado mais estrutura e lá é acordo bastante bom entre cálculos e experiências, se os espectros calculados são escalados na energia por ~1,2. A necessidade para escalar é uma conseqüência do problema com cálculos de DFT que subestima geralmente a diferença de faixa.

Os espectros da Absorvência na solução mostram características similares como os filmes secos, salvo que são deslocados hypochromically pelo eV do ~ 0,15. No isopropanol e na água, há um realce adicional da característica ao redor do eV 5,5 (220 nanômetro), que foi sugerido para elevarar do comportamento do complexation, mas sua origem exacta é desconhecida.

Em Figura 6 nós mostramos a reflectividade óptica medida pristine e em umas amostras pressionadas recozidas de uma pelota de MoSI636. Ambos mostram um plasma claro borda-como a característica em baixas freqüências. A diferença entre os dois é bastante marcada contudo, a amostra recozida que mostra uma reflectividade significativamente mais alta do que a amostra não-recozida. A reflectividade calculada [igualmente mostrada em Fig. 6 (a)] é substancialmente mais alta do que experimental, em particular nas baixas freqüências onde é dominada pela condutibilidade metálica prevista da amostra. Isto é principalmente devido à grande dispersão de superfície, esclarecida não inteiramente pela renormalização dos dados com o Au-Revestimento de nossos espécimes. Não Obstante, a forma total da reflectividade calculada é similar à medida. A Figura 6 (b) mostra o σ da parte real1

(a) As reflectividades R (ω) (Amostra 2) de amostras recozidas (Amostra 1) e unannealed e do R calculado (ω) para polarizações aleatórias. (b) O σ óptico da condutibilidade1 (ω) das amostras 1, derivado de R (ω).

Conclusões

Nós concluímos notando que o progresso em determinar propriedades básicas dos nanowires relativamente recentemente descobertos de MoSIx foi extremamente rápido. Apesar das dificuldades em nanowires de resolução estruture a estrutura da espinha dorsal foi determinado com grau de precisão razoável. Igualmente a caracterização experimenta, que trouxe alguns resultados surpreendentes, confirmando o carácter 1D forte de nanowires moleculars de MoSIx. As propriedades observadas em combinação com a síntese e a dispersão relativamente fáceis fazem este material comercialmente atractivo. A utilidade de nanowires de MoSIx tem sido investigada Certamente já nas áreas tais eléctrodos da bateria [12], tribology [12] e indicadores da emissão de campo [14]. Os resultados consistiam na promessa geral, mas uma pesquisa mais adicional, particularmente sobre mecanismos do crescimento e controle da estequiometria é necessário para a revelação dos produtos comerciais baseados neste material. Os cálculos Teóricos [6,8,10,15] foram muito importantes em determinar a estrutura e em prever várias propriedades físicas de nanowires de MoSi. Um número de previsões teóricas, particularmente magnetoelasticity e propriedades electrostrictive devem ser investigada ainda.

Este trabalho foi apoiado pelo Projecto de Investigação Visado Específico DESYGN-IT da UE (Nenhum NMP4-CT-2004-505626).

Referências

     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 Ar-Estáveis636 de MoSI”, Nanotecnologia 15, pp. 635-638, 2004.

     Bercic B., Pirnat U., Kusar P., Dvorsek D., Mihailovic D., Vengust D., Podobnik B., de “propriedades Transporte de redes636 do nanowire de MoSI” . 88, pp. 173103-1-3, 2006.

     Uplaznik M., Bercic B., Strle J., Ploscaru M., Dvorsek D., Kusar P., Devetak M., Vengust D., Podobnik B., Mihailovic D., “Condutibilidade do único nanowire69-xx molecular de MoSI empacota”, a Nanotecnologia 17, 5142-5146, 2006. Z.Kutnjak Z e outros, condução elétrica De dois canais no nanowire monodispersed ar-estável de MoSI cobre. J.Appl. Phys. 99, p064311, 2006

     Nicolosi V., Mccarthy D.N., Vengust D., Mihailovič D., Blau W.J., Coleman J.N., “nanowires9-xx 6SI em solventes comuns”, Eur.Phys.J.Appl.Phys. 37, Pp. 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 em Solventes Comuns: Um Estudo de Sedimentação”, J. Phys. Chem. B 109, pp. 7124-7133, 2005.

     Estrutura eletrônico 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., “Atômico e Nanotecnologia69-xx 16 dos nanowires de MoSI” (Bristol), Pp. 1578 - 1583, 2005.

     Paglia G., Božin E.S., Vengust D., “Determinação Exacta da Estrutura de nanowires6yz de MoSI da Análise de Função Atômica” (PDF) 18 da Distribuição dos Pares, Pp. 100 - 106, 2006.

     Nicolosi V., Nellist P., Sanvito S., Cosgriff E.C., 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., “Observação do auto-conjunto conduzido Waals de camionete der de nanowires de MoSI na estrutura da baixo-simetria usando a microscopia de elétron aberração-corrigida”, Adv. mater. 19, edição 4 (Weinh.), Pp. 543 - 547, 2007.

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

Yang T., Okano S., Berber S., Tománek D., Interacção entre a Estrutura e Magnetismo em MoSI129, Nanowires”, Phys. Rev. Lett. 96, pp.

Kis A., Csanyi G., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Kulik A.J., Forro L., de “Investigação Nanomechanical de Pacotes69_xx de MoSI Nanowire”, 3 Pequenos, pp. 1544-1547, 2007 e Kis A., e outros, “” 15 (9), pp.733 - 736, 2003

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

Joly-Pottuza L., Dassenoya F., Martina J.M., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Vogelc W., Montagnac G., “”, Tribology Rotula 18 (3), pp. 385-393, 2005.

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

e Mihailovic D., “propriedades elásticas e mecânicas Não-lineares dos nanowires Mo6S3I6.” Phys.Rev.B 74, p235411. 2006.

Damjan Dvorsek

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

Last Update: 13. June 2013 18:20