OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojomo0124

Структурные и Физические Свойства Mo6SxI9-x Молекулярного Nanowires

DESYGN ИТ - Экстренный Выпуск

Конструкция, Синтез и Рост Nanotubes для Промышленной Технологии

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

Pty Ltd. AZoM.com Авторского Права

Это статья Системы Вознаграждениями Открытого Доступа AZo (AZo-ВЕСЕЛ) распределенная в соответствии с AZo-ВЕСЕЛ http://www.azonano.com/oars.asp

Представлено: 6-ое ноября 2007th

Вывешено: 16-ое ноября 2007th

Покрытые Темы

Конспект

Введение

Методы и Материалы

Состав Nanowire

Структурные Свойства

Структура Собственн-Собранных Кристаллов Nanowire

Сводка Физических Свойств

Механически Свойства Nanowires

Свойства Перехода Nanowires

Оптически Свойства Nanowires

Заключения

Подтверждения

Справки

Мы представляем кратко обзор атомной и электронной структуры nanowires молибден-сер-иода молекулярных. Мы также суммируем их основные свойства перехода, оптически и механически.

Понимать основные свойства nanomaterials критически важен для их пользы в нанотехнологии. Как один из наиболее широко изученных материалов в последней декаде, nanotubes углерода (CNT) показывают несколько интересных свойств. Однако, широко распространённая польза CNT в нанотехнологии помешана внутреннеприсущим inhomogeneity материала синтезированного большим частью. Затруднение отделять металлические и semiconducting nanotubes от синтезированного материала предотвращает пользу CNT в применениях где необходимы идентичные строительные блоки с такими же свойствами. Другая проблема с пользой CNT в применениях нанотехнологии их плохие диспергирующие свойства в низк-кипя растворителях пункта без пользы дополнительных сурфактантов. Эти вопросы сильно мотируют исследования альтернативных nanomaterials.

Один из новых перспективнейших материалов синтез которых сперва был сообщен [1] в 2004, nanowires молибден-сер-иода. Их синтез и подготовка очень более менее требовательны чем CNTs и не удивительно, с их открытия, материалы было исследовано с широким диапазоном методов и предмет многочисленних и разнообразных исследований, включая поиск для возможных промышленных применений. Материал повернул вне для того чтобы быть дирижировать одноразмерным молекулярн-провод-как nanomaterial который типично появляется в приказано связывает [2,3] которого имеют хорошее dispersability в ряде общих растворителей [4,5], в много уважений функционально очень подобных к CNTs. Относительно простой синтез материала от элементов без всех катализаторов [1] дает возможность для вычислять по маштабу продукцию и следовательно применимость материала в промышленной технологии. Несколько возможных применений в настоящее время следуются, колебаясь от молекулярной электроники к дирижировать и tribological смесям.

Методы и Материалы

В настоящей статье мы собрание отчет о различных исследований на основных свойствах nanowires молибден-сер-иода. Исследования колебаются от структурных изучений к изучениям механически, перехода и оптически свойств. Структура была изучена с методами сочетание из экспириментально которые включили эксперименты по тонкой структуры Поглощения рентгеновских лучей (XAFS), атомные пары анализа функции распределения (PDF), (HRTEM) и электронную просвечивающую микроскопию скеннирования (STEM)

Состав Nanowire

Nanowires которые были расследованы имеют химическую формулу MoSI69-xx (3 < x < 6) и принадлежат к группе в составе смеси группы основанные на chalcogenides металла переходной группы. Пока группы в большой части из этой формы трехмерные сети, группы в MoSI69-xx (MoSIx) аранжированы в одноразмерных цепях. После Того Как синтез одного шага который продолжает от элементов nanowire MoSIx обычно упакован в пачках, но пачках смогите controllably быть разметано и нашл, что сформировать стабилизированное рассеивание с индивидуальными молекулярными проводами [5]. Nanowires MoSIx которые были использованы в этих исследованиях были поставлены компанией Mo6 и были обработаны путем мыть, рассеивание и седиментирование.

Структурные Свойства Nanowires

Структура nanowires69-xx MoSI сперва была изучена с огибанием Рентгеновского Снимка [1]. Скоро было ясно что другие методы или методы сочетание из будут необходимы для детального определения структуры. Было помешано точное определение атомного пребывания различных мест от спектров Рентгеновского Снимка, потому что индивидуальные nanowires часто совершенно не приказаны по отношению к одину другого внутри пачки, и переплетены или деформированы пачки сами.

Основная структура была определена путем совмещать местные данные по структуры от XAFS с данными по средней структуры от измерений огибания порошка Рентгеновского Снимка [6]. Полученная структура (диаграмма 1) наиболее хорошо описана оперируя понятиями одноразмерного полимера составленного цепей ковалентно прыгнутых групп Mo-chalcogenide-Галоида, составленных блоков6 Mo (S, I6 ), соединила совместно 3 катионами (S или I). Meden et al [6] определили группу космоса как P63, соответствие к структуре пачки с 3 параллельными проводами636 MoSI внутри клетка блока. Изучение, которое было укомплектовано вычислениями функциональной теории (DFT) плотности, также показало что никакие ковалентные связи между индивидуальными nanowires, которая водит к замечательным одноразмерным свойствам и легкому рассеиванию в индивидуальные молекулярные nanowires. Это свойство дает подъем к пакуя разладу когда индивидуальные стренги nanowire сползают против друг друга внутри пачки.

Атомное строение nanowires Mo6S3I6. (a) Взгляд со стороны индивидуальной молекулярной цепи Mo6S3I6 с атомами S в наводя положениях B и проекции (b) вдоль кристаллической оси c. Предыдущие эксперименты по огибания Рентгеновского Снимка показали цепной приказывать согласно шестиугольному P63 spacegroup12 (клетка блока показанная с сплошными линиями)

Когда была учтена preferrential ориентация образца в экспериментах по XRD, согласование с моделью предложило Meden et al. [6] был хорош достаточно для того чтобы установить структура костяка за любым разумным сомнением, но не пребывание S и I на костяке. Комплементарное структурное изучение анализом функции (PDF) Пар-Распределения [7] подтвердило скелетную структуру, но в тоже время подняло некоторую неопределенность относительно населенности S и I в различных положениях. Оба изучения приходить к согласию относительн присутсвие S в наводя плоскостях (положениях B) и иодах для положения A, но кажется, что будет несоответствие относительно пребывания центрального наводя положения показанного как атом C в Диаграмме 1. Тогда Как XRD показывает это для того чтобы быть больше или более менее unoccupied, изучения PDF предлагают в противном случае. Это несоответствие по-видимому было разрешено изучениями HRTEM и СТЕРЖНЯ, которые не показали никакое пребывание на месте C.

Структура Собственн-Собранных Кристаллов Nanowire

HRTEM и изучения СТЕРЖНЯ были выполнены Nicolosi et al. [8] на MoSI64.54.5 (или 12-9-9) и MoSI636 используя предварительное воображение затемненного поля imaging.ADF techniqes (ADF) в частности кольцевое используя аберраци-исправленный СТЕРЖЕНЬ был использован для того чтобы определить структуру собственн-собранных кристаллов nanowire очень точно в частности для MoSI636. На основании очень детального сравнения высчитанных и, котор наблюданных структурных изображений TEM вдоль различных углов как показано в диаграмме 2, авторы заключили что упаковка nanowires имеет P-1 (#2) структура, вернее чем ранее предложенные группы (#173) космоса R-3 (#148) или P63, должно к довольно тонкий влиянию, namely отсутствию вращательной симметрии вдоль провода, который привел бы к в триклинной решетке.

(a), (b) изображения HRTEM пачек собранных от индивидуальных nanowires. (c) - Пары (h) экспириментально ADF ЗАПРУЖИВАЮТ изображение (первый рядок) и изображение от имитаций (второго рядка) сделанных для 3 направлений высок-симметрии.

Авторы показали что nanowires состоят из блока серии хорошо определенных клеток блока каждых состоя из 6 атомных плоскостей (см. диаграмму 3), водя к более менее симметричной суперструктуре чем первоначально предложено [6]. Атомы I были заданы к местам A как обозначено в диаграммой 1 пока атомы S занимают места B. Централь наводя положения (место C) не была занята.

StructureMoSI nanowire636 как определено measurments СТЕРЖНЯ [8]. Кронштейны определяют клетку блока nanowire, которая содержит 12 Mo (красного), 6 S (желтый цвет), 12 атома I (пурпуровых).

Такой метод определения nanoscale структурный был необходим, в виду того что предыдущие попытки используя огибание Рентгеновского Снимка доказывали, что неудачное и/или недостаточно точно определяет тонкие разницы в пребывании мест S и I. Стабилность структур с различной стехиометричностью в MoSI69-xx также была подтвержена вычислениями функциональной теории (DFT) плотности в границах 4,5 < x < 6. Замечательн, вычисления также показали что очень маленькая разница в энергии между различными стехиометричностями (на таком же костяке), показывая что S и Я можем взаимообменять относительно свободно, и также подтверждают что только очень слабые взаимодействия между индивидуальными nanowires. Вычисления DFT на структуре от Meden et al. [6] и также вычисления Tomanek et al. [10] для 12-9-9, и Vilfan и Nicolosi et al. [9] для 636 предсказывают материал для того чтобы быть узкополосным металлом вдоль направления оси nanowire, но имеют существенно неметаллический характер для перехода через nanowires.

Механически Свойства Nanowires

В соответствии с вычислениями - которые показали что только очень слабо bondsbetween стренги nanowire - свойства экспоната nanowires MoSIx замечательн неравносвойственные механически. Механически измерения на nanowires MoSIx показали что модуль ножниц был исключительнейше мал, на заказе MPa 16-89, пока Young модуль был высоок, до 430 GPa [11]. Начало этих возпроизводимых верхних значений пока не понято, по мере того как вычисления предсказывали несколько более малые Young модули, заказа 100-150 GPa [10]. Кладущ эти результаты в перспективу мы видим что Young модуль только 2-3 времени чем для самого лучшего SWCNTs, пока усилия между индивидуальными nanowires существенно слабе чем в CNTs или графите. Очень малый модуль ножниц [11,13] подразумевает что nanowires MoSIx одно из самых лучших приближений к одноразмерному материалу найденному в природе. Польза nanowires MoSIx для механически подкрепления в смесях и уменьшенном трении [13], стержня от большого Young модуля и малого модуля ножниц соответственно.

Свойства Перехода Nanowires

Систематические измерения резистивности были сделаны и на навальном (отжатые лепешки) и на индивидуальных пачках nanowire [2,3]. В все случаи с различными nanowires MoSIx характеристики настоящ-напряжения тока линейные и была найдены, что в геометрической прогрессии увеличила зависимость температуры резистивности на низкой температуре, после переменн-ряда надеясь (VRH) поведение β σ =σ0 exp формы (T0/T), где β = ¼ для древних (unpurified) образцов, и β = ½ для образцов которые были обожжены в вакууме на температурах над 500 C, как показано в Диаграмме 4. Перестроение степени сопровожено с увеличением в проводимости - предлагающ что удаление внутрипорового иода увеличивает концентрацию дырочного носителя, приводящ к в более высокой проводимости. Это изменение в степени может быть понято оперируя понятиями кроссовера от трехмерного к одноразмерному VRH причиненному удалением внутрипорового иода. Результаты окончательн показывают что небесконечная плотность положений на энергии Ферми и что переход преобладан несвязным охмелением между положениями. Начало локализации пока не понято, но сильный характер 1D nanowires предлагает что локализация может произойти должно к дефектам. Деиствительно недавние эксперименты показывали что улучшенная очищенность образцов может дать значительно более высокое σ0 как высоко как 105

(R) против T−1/4 для (a) и журнала (R) против T−1/2 для (b) соответственно. Прямая линия в inset (a) представляет пригонку с β = 1/я и 1/2 для (b) соответственно

Оптически Свойства Nanowires

Надеяться что природа 1D nanowires, которая наблюдалась различными исследованиями, также покажет в оптически свойствах как острые характеристики в оптически спектрах. Специфически никакие такие характеристики не наблюдались несмотря на одноразмерный характер полос электронной перестройки и относительно острых характеристик в плотности положений. Одна из причин для этого по мере того как мы узнали что множество узких подполос которые принадлежат к орбиталям d-выведенным Mo и которые лежит в eV ± 2 зоны от F.

Оптически спектры поглощения ориентированного тонкого фильма nanowires636 MoSI показаны в диаграмме 6 (a) для E//c и E^^

(a) Измерения оптически абсорбциы в ориентированных тонких фильмах. Молекулярная ось c находилась в одной параллели ориентированной случаем и в другом перпендикуляре к поляризации. Сплошные линии от эксперимента (произвольного маштаба), другие линии высчитаны в RPA. (b) Спектры поглощения nanowires Mo6S3I6 в различных растворителях и в добавлении спектры nanowires Mo6S4.5I4.5 в IPA.

Высчитанные спектры MoSI636 (также показанного в Смокве 6 (a)) , как измеренные спектры, довольно featureless внизу eV ~ 4 для E | C. Над eVthe ~ 4 оптически переходы между цепями начинают способствовать. Спектры поглощения для E//c показывают что с другой стороны больше структуры и там довольно хорошее соответствие между вычислениями и экспериментами, если высчитанные спектры вычислены по маштабу в энергии ~1,2. Потребность для вычислять по маштабу последствие проблемы с вычислениями DFT которая вообще недооценивает зазор диапазона.

Спектры Absorbance в разрешении показывают подобные характеристики как сухие фильмы, за исключением того, что они hypochromically перенесены eV ~ 0,15. В isopropanol и в воде, дополнительное повышение характеристики в пределах eV 5,5 (220 nm), которое было предложены, что возникло от поведения комплексования, но свое точное начало неизвестно.

В Диаграмме 6 мы показываем оптически отражательную способность измеренную на древних и образцах обожженных отжатых лепешки MoSI636. Оба показывают ясную плазму кра-как характеристика на низких частотах. Разница между 2 довольно маркированна однако, обожженный образец показывая значительно более высокую отражательную способность чем non-обожженный образец. Высчитанная отражательная способность [также показанная в FIG. 6 (a)] существенно более высоок чем экспириментально одно, в частности на низких частотах где оно преобладан предсказанной металлической проводимостью образца. Это главным образом должно к большой поверхностный разбрасывать, не полно определенный ренормировкой данных с Au-Покрытием наших образцов. Однако, общая форма высчитанной отражательной способности подобна до измеренная форм. На Диаграмму 6 (b) показано σ действительной части1

(a) Отражательные способности R (ω) обожжено (Образец 1) и unannealed (образцы Образца 2) и высчитанный R (ω) для случайных поляризаций. (b) Оптически σ проводимости1 (ω) образцов 1, выведенное от R (ω).

Заключения

Мы заключаем путем замечать что прогресс в определять основные свойства относительно недавно открынных nanowires MoSIx весьма быстр. Несмотря На затруднения в разрешая nanowires составьте структуру костяка определяет с разумной степенью точности. Также характеризация экспериментирует, которая принесла некоторые удивительно результаты, подтверждающ сильный характер 1D nanowires MoSIx молекулярных. Наблюдаемые свойства в комбинации с относительно легкими синтезом и рассеиванием делают этот материал коммерчески привлекательной. Деиствительно польза nanowires MoSIx уже была расследована в зонах такие электроды батареи [12], трибология [12] и дисплеи излучения поля [14]. Результаты вообще обещали, но более дальнеишее исследование, в частности на механизмах роста и управлении стехиометричности необходимо для развития коммерческих продучтов основанных на этом материале. Теоретические расчеты [6,8,10,15] очень важны в определять структуру и в предсказывать различные физические свойства nanowires MoSi. Несколько теоретических прогнозы, в частности magnetoelasticity и электрострикционных свойств все еще быть расследованным.

Эта работа была поддержана Научно-исследовательским Проектом Пристрелнным Специфическим DESYGN-IT EU (Отсутствие NMP4-CT-2004-505626).

Справки

     D. Vrbanic, Remskar M., A. Jesih, A. Mrzel, P. Umek, Ponikvar M., B. Jancar, A. Meden, B. Novosel, Pejovnik S., P. Venturini, C.J. Coleman, D. Mihailovic, Воздух-Стабилизированные monodispersed nanowires636 MoSI», Нанотехнология 15, pp. 635-638, 2004.

     B. Bercic, Pirnat U., P. Kusar, D. Dvorsek, D. Mihailovic, D. Vengust, B. Podobnik, «свойства Перехода сетей636 nanowire MoSI» . 88, pp. 173103-1-3, 2006.

     Uplaznik M., B. Bercic, J. Strle, Ploscaru M., D. Dvorsek, P. Kusar, Devetak M., D. Vengust, B. Podobnik, D. Mihailovic, «Проводимость одиночного nanowire69-xx MoSI молекулярного связывает», Нанотехнология 17, 5142-5146, 2006. Z.Kutnjak Z et al., Двухтрактная электрическая кондукция в воздух-стабилизированных monodispersed листах nanowire MoSI. J.Appl. Phys. 99, p064311, 2006

     Nicolosi V., Mccarthy D.N., D. Vengust, D. Mihailovič, Blau W.J., Coleman J.N., «nanowires9-xx 6SI в общих растворителях», Eur.Phys.J.Appl.Phys. 37, Pp. 149 до 159, 2007.

     Nicolosi V., D. Vrbanič, A. Mrzel, J. Mccauley, O'flaherty S., C. Mcguinness, G. Compagnini, D. Mihailović, Werner J.B., Coleman J.N.. , « 6SI4.54.5 Nanowires в Общих Растворителях: Изучение Седиментирования», J. Phys. Chem. B 109, pp. 7124-7133, 2005.

     Структура A. Meden, A. Kodre, J. Padežnik Gomilšek, Arčon I., Vilfan I., D. Vrbanič, A. Mrzel, D. Mihailović, «Атомных и электронных Нанотехнология69-xx 16 nanowires MoSI» (Бристоль), Pp. 1578 до 1583, 2005.

     G. Paglia, Božin E.S., D. Vengust, «Точное Определение Структуры nanowires6yz MoSI от Атомного Анализа Функции Распределения (PDF)» 18 Пар, Pp. 100 до 106, 2006.

     Nicolosi V., P. Nellist, Sanvito S., Cosgriff E.C., Krishnamurthy S., Blau W.J., Зеленое M., D. Vengust, D. Dvoršek, D. Mihailovič, G. Compagnini, J. Sloan, Stolojan V., Carey J.D., J. Pennycook, Coleman J.N., «Замечание собственн-агрегата фургона der Waals управляемого nanowires MoSI в структуру низк-симметрии используя аберраци-исправленную электронную микроскопию», Adv. mater. 19, вопрос 4 (Weinh.), Pp. 543 до 547, 2007.

9. D. Vengust, F. Pfuner, Degiorgil., Vilfan I., Nicolosi V., Coleman J.N., D. Mihailović, «nanowires36 6SI», В Давлении Phys. Rev. B

Yang T., Okano S., Berber S., D. Tománek, «Взаимодействие между Структурой и Магнетизм в MoSI129, Nanowires», Phys. Rev. Lett. 96, pp.

A. Kis, G. Csanyi, D. Vrbanič, A. Mrzel, D. Mihailović, J.A. Kulik, L. Forro, «Исследование Nanomechanical Пачек69_xx MoSI Nanowire», Малые 3, pp. A. 1544-1547, 2007 и Kis, et al., «» 15 (9), pp.733 - 736, 2003

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

L. Joly-Pottuza, F. Dassenoya, Martina J.M., D. Vrbanič, A. Mrzel, D. Mihailović, W. Vogelc, G. Montagnac, «», Трибология Помечает Буквами 18 (3), pp. 385-393, 2005.

14. «6SI36 nanowires» 16, 1619 до 1622 (2005).

и D. Mihailovic, «Нелинейные эластичные и механически свойства nanowires Mo6S3I6.» Phys.Rev.B 74, p235411. 2006.

Damjan Dvorsek

Институт Jožef Stefan
Jamova 39

Любляна, 1000

Словения

Электронная Почта: damjan.dvorsek@ijs.si

Институт Jožef Stefan
Jamova 39

Любляна, 1000

Словения

Электронная Почта: dragan.mihailovic@ijs.si

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

Last Update: 13. June 2013 18:23