OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojomo0124

Strukturella och LäkarundersökningRekvisita av Mo6SxI9-x Molekylära Nanowires

DESYGN IT - Special Upplaga

Design, Syntes och Tillväxt av Nanotubes för Industriell Teknologi

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

Ta Copyrightt på AZoM.com Pty Ltd.

Denna är en Öppen AZo Tar Fram Belöningar, artikeln för Systemet som (AZo-OARS som) är utdelad under, benämner av AZo-OARSNA http://www.azonano.com/oars.asp

Sänt: 6th November 2007

Postat: 16th November 2007

Täckte Ämnen

Abstrakt begrepp

Inledning

Metoder och Material

Nanowire Sammansättning

Strukturell Rekvisita

Strukturera av Själv-Församlade Nanowire Kristaller

Summariskt av LäkarundersökningRekvisita

Mekanisk Rekvisita av Nanowires

TransportRekvisita av Nanowires

Optisk Rekvisita av Nanowires

Avslutningar

Tack till personer

Hänvisar till

Vi framlägger en kort överblick av atom-, och elektroniskt strukturera av molybdenum-svavel-jod molekylära nanowires. Vi resumerar också deras grundläggande optiska och mekaniska rekvisita för transport.

Är den grundläggande rekvisitan för Överenskommelse av nanomaterials avgörande viktig för deras bruk i nanotechnology. Som ett av bredast de utstuderade materialen i det sist årtiondet ställer ut kol (CNT)nanotubes ett nummer av intressant rekvisita. Emellertid hindereds utbrett bruk av CNT i nanotechnology av inneboende inhomogeneity av i stora partier synthesised materiellt. Svårigheten av att avskilja metalliska och semiconducting nanotubes från det synthesised materiellt förhindrar bruket av CNT i applikationer var identiska byggnadskvarter med den samma rekvisitan skulle krävs. Ett Annat problem med bruket av CNT i nanotechnologyapplikationer är deras fattiga spridningkännetecken i låg-kokande pekar vätskor utan bruket av extra surfactants. Dessa utfärdar motiverar starkt utredningar av alternativa nanomaterials.

Ett av nya lovas material vars syntes anmäldes först [1] i 2004, är molybdenum-svavel-jod nanowires. Deras syntes och förberedelse är mycket mindre fordras, än CNTs och inte förvånansvärt, efter deras upptäckt, materialen forskades med en lång räcka av tekniker och har varit betvinga av talrika och olika utredningar, däribland ett sökande för industriella applikationer för möjlighet. Materiellt vänt ut att vara föra en-dimensionellt molekylär-binda-något liknande nanomaterial, som visas typisk, i beställt, buntar [2,3] som har bra dispersability i en spänna av allmänningvätskor [4,5], i mångt och mycket funktionellt mycket liknande till CNTs. Den förhållandevis enkla syntesen av det materiellt från beståndsdelar utan några katalysatorer [1] ger en möjlighet för att skala produktion och hence användbarhet av det materiellt i industriell teknologi. Ett nummer av möjlighetapplikationer förföljas som för närvarande spänner från molekylär elektronik till att föra och tribological komposit.

Metoder och Material

I denna artikel anmäler vi på samlingen av olika utredningar på grundläggande rekvisita av molybdenum-svavel-jod nanowires. Utredningarna spänner från strukturella studier till studier av mekaniskt, transport och optisk rekvisita. Strukturera var utstuderad med kombination av experimentella tekniker som inklusive Röntga absorberingsboten strukturerar experiment (XAFS) som är atom- parar fördelning fungerar analys (PDF), (HRTEM) och microscopy för scanningöverföringselektron (STEM)

Nanowire Sammansättning

Nanowiresna, som utforskades, har den kemiska formeln MoSI69-xx (3 < x < 6) och tillhörde en grupp av samla i en klunga sammansättningar som baseras på övergång, belägger med metall chalcogenides. Fördriva samla i en klunga i mest av detta bildar ett tredimensionellt knyter kontakt, samla i en klunga i MoSI69-xx (MoSIx) är ordnat i en-dimensionellt kedjar. Efter singeln har klivit, kan fanns syntes, som intäkter från beståndsdelar den MoSIx nanowiren vanligt packas i packar, bara packarna controllably skingras och för att bilda en stabil spridning med den molekylära individen binder [5]. De MoSIx nanowiresna, som användes i dessa utredningar, levererades av ett företag Mo6 och bearbetades av tvagning, spridning och sänka.

Strukturell Rekvisita av Nanowires

Strukturera av MoSI69-xx nanowires var utstuderad med Röntgar först diffraction [1]. Den har den snart blivna frikänden som annan tekniker eller kombination av tekniker ska är nödvändiga för specificerad beslutsamhet av strukturera. Den exakta beslutsamheten av atom- innehavande av olika platser från Röntgar spectra hindered, därför att individnanowires inte är ofta den perfekt beställde släktingen till varje annan insida per packe, och packarna sig själv vrids eller deformeras.

Det grundläggande strukturerar var beslutsamt, genom att kombinera lokalen, strukturerar information från XAFS med genomsnittet strukturerar information från X-ray pudrar diffractionmätningar [6]. Erhållande strukturerar (figurera 1), är bäst som in beskrivas, benämner av endimensionell polymer som komponeras av, kedjar av den covalently destinerade Mo-chalcogenide-Halider samla i en klunga, komponerade av enheter6 för Mo (S, I6 ), sammanfogade tillsammans vid tre cations (S eller I). Meden et al [6] som är beslutsamma utrymmegruppen som P63 som motsvarar till packen, strukturerar med tre som parallella MoSI636 binder inom enhetscellen. Studien, som kompletterades av beräkningar för funktionell teori (DFT) för täthet, visade också att det inte finns några covalent förbindelser mellan individnanowires, som leder till den anmärkningsvärda en-dimensionella rekvisitan och den lätta spridningen in i molekylära nanowires för individ. Denna egenskap ger löneförhöjning till packande oordning, när individnanowire strandar glidbanan mot varje annan inom packarna.

Det atom- strukturerar av nanowires Mo6S3I6. (a) Sidan beskådar av en individ som molekylära Mo6S3I6 kedjar med S-atoms i överbrygga placerar B och projektion (b) längs den crystalline c-axeln. Tidig sort Röntgar indikerade diffractionexperiment kedjar att beställa enligt den sexhörniga P63en spacegroup12 (enhetscellen som visas med spärrlinjer)

Då den preferrential riktningen av ta prov i XRD-experimenten togs in i konto, var överenskommelsen med modellera som var föreslagen vid Meden o.a. [6] bra nog att förvissa sig om ryggraden strukturerar det okända något rimligt tvivel, men inte innehavanden av S och I på ryggraden. Den kompletterande strukturella studien vid Para-Fördelning fungerar (PDF) analys [7] bekräftade det skeletal strukturerar, men lyftte samtidigt någon osäkerhet angående befolkningen av S, och I i det olikt placerar. Båda studier instämm på närvaro av S i överbrygga hyvlar (placerar B), och joder för placerar A, men det verkar att vara en diskrepans angående innehavanden av överbrygga för central placerar visat som atom C Figurerar in 1. Eftersom XRDEN visar denna för att vara mer eller mindre unoccupied, föreslår PDF-studierna annars. Denna diskrepans löstes som synes av HRTEM- och STEMstudier, som visade ingen innehavande på C-platsen.

Strukturera av Själv-Församlade Nanowire Kristaller

HRTEM och STEMstudier har utförts av Nicolosi o.a. [8] på MoSI64.54.5 (eller 12-9-9), och MoSI636 genom att använda avancerade techniqes det ringformiga mörkret sätter in i synnerhet som (ADF) imaging.ADF som avbildar genom att använda denkorrigerade STEMEN, var van vid bestämmer strukturera av själv-församlade nanowirekristaller mycket exakt bestämt för MoSI636. På basen av en mycket specificerad jämförelse av beräknad och observerad strukturell TEM avbildar längs olikt metar, som visat in figurera 2, avslutade författarna, att emballaget av nanowiresna har en P-1 (#2) strukturerar, ganska, än en R-3 (#148), eller (#173) utrymme P63 grupperar föregående föreslaget, ett snarlikt subtilt verkställer tack vare, namely frånvaroen av en rotationssymmetri längs binda, som skulle resultat i ett triclinic galler.

(a), (b) avbildar HRTEM av packar som är församlade från individnanowires. (ro först) (c) - (H) Parar av experimentell ADF-STEM avbildar och avbildar från simuleringar (understödja ror) som göras för tre kick-symmetri riktningar.

Författarna visade att nanowiresna består av en seriesamling av väl definierade enhetsceller som varje som består av atom- sex hyvlar (se för att figurera 3) och att leda till en mindre symmetrisk superstructure än ursprungligen föreslagen [6]. I-atomsna tilldelades till A-platser, som indikerat in figurera 1 stund som S-atomsna upptar B-platserna. Överbrygga för central placerar (plats C) upptogs inte.

NanowirestructureMoSIen636 som beslutsam vid STEMmeasurments [8]. Sätter inom parantes definierar nanowireenhetscellen, som innehåller 12 (röda) Mo, 6 S (gulingen), 12 atoms för I (lila).

En Sådan strukturell beslutsamhetteknik för nanoscale var nödvändig, sedan föregående försök som att använda Röntgar diffraction, har bevisat mislyckat och/eller otillräckligt exakt att bestämma subtila skillnader i innehavande av S- och I-platserna. Stabiliteten av strukturerar med olik stökiometri i MoSI69-xx bekräftades också av beräkningar för funktionell teori (DFT) för täthet i spänna av 4,5 < x < 6. Remarkably visade beräkningarna också att det finns mycket lite skillnaden i energi mellan de olika stökiometrierna (på den samma ryggraden) som indikerar, att S och Jag kan utbyta förhållandevis fritt, och bekräftar också att det finns endast mycket svaga växelverkan mellan individnanowires. DFT-beräkningarna på strukturera från Meden o.a. [6] och också beräkningar vid Tomanek o.a. [10] för 12-9-9 och vid Vilfan och Nicolosi [9] för 636 förutsäger o.a. att det materiellt som är en narrowband belägger med metall längs riktningen av nanowireaxeln, men har det i grunden ickemetalliska teckenet för transport över nanowiresna.

Mekanisk Rekvisita av Nanowires

I överensstämmelse med beräkningarna - som visade att det finns endast mycket svagt bondsbetween nanowire strandar - anisotropic mekanisk rekvisita för den MoSIx nanowiresutställningen remarkably. De mekaniska mätningarna på MoSIx nanowires visade, att saxmodulusen var ovanligt liten, på beställa av MPa 16-89, fördriver den Young modulusen var kick, upp till 430 GPa [11]. Beskärningen av dessa den reproducible kicken värderar förstås inte ännu, som beräkningar har förutsagt något mindre Young moduli, av beställa av 100-150 GPa [10]. Fördriver styrkorna mellan individen, nanowires är väsentligen svagare än i CNTs eller grafit, Sätta dessa resultat in i perspektiv som vi ser, att den Young modulusen är endast 2-3 tider mindre än för den bäst SWCNTsen. Den mycket små saxmodulusen [11,13] antyder att de MoSIx nanowiresna är en av de bäst närhetarna till ettdimensionellt materiellt som finnas i natur. Bruket av MoSIx nanowires för mekanisk förstärkning i komposit och förminskande friktion [13], stemen från den stora Young modulusen och den små saxmodulusen respektive.

TransportRekvisita av Nanowires

Systematiska mätningar av resistivity gjordes både på i stora partier (pressande kulor) och på individnanowirepackar [2,3]. Sammanlagt är fall med olika MoSIx nanowires despänning kännetecknen linjära, och temperaturberoendet av resistivityen fanns till exponentially förhöjning på den låga temperaturen, variabel-spänner efter hoppas (VRH) uppförande av βen för bildaσ =σ0 exp (T0/T), var β = ¼ för pristine (unpurified) tar prov, och β = ½ för tar prov som har härdats in dammsuger på temperaturer ovanför 500 C, som visat in Figurera 4. Omställningen av exponenten medföljs med en förhöjning i conductivity - föreslå att borttagningen av interstitial jodförhöjningar spela golfboll i hålbärarekoncentrationen och att resultera i högre conductivity. Denna ändring i exponent kan förstås in benämner av en övergång från tredimensionellt till en-dimensionell VRH som orsakas av borttagningen av interstitial jod. Resultaten visar conclusively att det finns en finite täthet av påstår på den Fermi energin och att transporten domineras av osammanhängande hoppa between påstår. Beskärningen av localizationen förstås inte ännu, men det starka teckenet 1D av nanowiresna föreslår att localizationen kan uppstå tack vare hoppar av. Sannerligen nya experiment har visat att förbättrad renhet av tar prov kan ge markant högre σ0 som kick som 105

(R) kontra T−1/4 för (a) och en logga (R) kontra T−1/2 för (b) respektive. Raksträckan fodrar i inlägg av (a) föreställer en passform med β = 1/4 och 1/2 för (b) respektive

Optisk Rekvisita av Nanowires

Skulle Man förväntar att naturen 1D av nanowiresna, som observerades av olika utredningar som också skulle, visar i optisk rekvisita, som kor presenterar i optiska spectra. Besynnerligt observerades inga sådan särdrag att trots detdimensionella teckenet av de elektroniska musikbanden och korsärdrag i tätheten av påstår förhållandevis. En av resonerar för detta, som vi grundar är ut att det finns en multitude av smala under-musikband som tillhörde Mo D-härledde orbitals, och som ligger i eVen för region± 2 från F.

Spectrana för optisk absorbering av orienterat thin filmar av MoSI636 nanowires visas in figurerar 6 (a) för E//c och E^^

(a) Mätningar av optisk absorbering, i orienterat thin, filmar. Den molekylära axeln c var i en fallet orienterad parallell och i den annan perpendicularen till polarization. Spärrlinjer är från experiment (godtyckligt fjäll), annat fodrar beräknas i RPAEN. (b) Absorberingsspectrana av nanowires Mo6S3I6 i olika vätskor och i tillägg spectrana av nanowires Mo6S4.5I4.5 i IPA.

De beräknade spectrana av MoSI636 (som visas också i Figen 6 (a)) är lika mätte spectra, snarlik formlös nedanför eV för ~ 4 för Et | c. Ovanför eVthe för ~ 4 kedjar optiska övergångar mellan start för att bidra. Absorberingsspectrana för E//c visar att å andra sidan mer strukturerar och det finns ganska bra överenskommelse mellan beräkningar och experiment, om beräknade spectra skalas i energi av ~1,2. Behovet för att skala är en följd av problemet med DFT-beräkningar som underskattar allmänt musikbandmellanrummet.

Absorbancespectra i lösning visar liknande särdrag, som det torrt filmar, undantar att de skiftas hypochromically av eV för ~ 0,15. I isopropanol och bevattna, det finns in en extra förbättring av särdrag på eV omkring 5,5 (220 nm), som föresloggs för att uppstå från complexationuppförande, men dess avkräva beskärningen är okänt.

I Figurera 6 som vi visar att den optiska reflexionsförmågan som mätas på en pristine och härdad pressande kula tar prov av MoSI636. Båda visar ett klart plasmakanta-något liknande särdrag på låga frekvenser. Skillnaden mellan tvåna markeras ganska emellertid, härdad tar prov visning en markant högre reflexionsförmåga, än non-härdade tar prov. Den beräknade reflexionsförmågan [som visas också i Fig. 6 (a)] är väsentligen högre än det experimentella, i synnerhet på låga frekvenser var den domineras av den förutsagda metalliska conductivityen av ta prov. Detta är det stort ytbehandlar främst tack vare spridningen som redogöras inte fullständigt för av datarenormalizationen med Au-att Täcka av våra prov. Ändå formar overallen av den beräknade reflexionsförmågan är liknande till mätte. Figurera 6 shows (b) den verkliga delσen1

(a) Reflexionsförmågorna R (ω) av härdat (Ta Prov 1), och unannealed (Ta Prov 2), tar prov och det beräknade Ret (ω) för slumpmässiga polarizations. (b) Den optiska conductivityσen1 (ω) av tar prov 1, härlett från R (ω).

Avslutningar

Vi avslutar genom att notera att framsteg, i att bestämma grundläggande rekvisita av de förhållandevis för en tid sedan upptäckta MoSIx nanowiresna har varit extremt foren. Illviljan svårigheterna, i att lösa nanowires, strukturerar ryggraden strukturerar har varit beslutsam med rimlig grad av exakthet. Också characterisationen experimenterar, som kom med några överraskas resultat och att bekräfta det starka teckenet 1D av MoSIx molekylära nanowires. Den observerade rekvisitan i kombination med förhållandevis lätt syntes och spridning gör detta materiella kommersiellt attraktivt. Sannerligen har usefulnessen av MoSIx nanowires utforskats i sådan batterielektroder för områden [12], tribology [12] och sätter in redan utsläppskärmar [14]. Resultaten i allmänhet lovade, men mer ytterligare forskning, bestämt på tillväxtmekanism och stökiometri kontrollerar är nödvändiga för utveckling av reklamfilmprodukter som baseras på denna som är materiell. Teoretiska beräkningar [6,8,10,15] har varit mycket viktiga, i att bestämma strukturera och i olik läkarundersökningrekvisita för förutsägelse av MoSi nanowires. Ett nummer av teoretiska förutsägelsear, bestämt magnetoelasticity och electrostrictive rekvisita är stilla att utforskas.

Detta arbete stöttades av Uppsätta som mål Forskningen för EG Närmare detalj Projekterar DESYGN-IT (Ingen NMP4-CT-2004-505626).

Hänvisar till

     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., Lufta-Stall monodispersed MoSI636 nanowires”, Nanotechnology 15, pp. 635-638 2004.

     Bercic B., Pirnat U., Kusar P., Dvorsek D., Mihailovic D., Vengust D., Podobnik B., ”Transportrekvisita av MoSI636 nanowire knyter kontakt” . 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., ”Conductivity av singelMoSI69-xx molekylär nanowire buntar”, Nanotechnology 17, 5142-5146, 2006. Z.Kutnjak Z o.a., Tvåkanalers elektrisk ledning i lufta-stall monodispersed MoSI nanowire täcker. J.Appl. Phys. 99 p064311, 2006

     Nicolosi V., Mccarthy D.N., Vengust D., Mihailovič D., Blau W.J., Coleman J.N., ”nanowires9-xx 6SI i allmänningvätskor”, 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 i AllmänningVätskor: En SänkaStudie”, J. Phys. Chem. B 109, pp. 7124-7133 2005.

     Meden A., Kodre A., Padežnik Gomilšek J., Arčon I., Vilfan I., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., ”Atom- och elektroniskt strukturerar av MoSI69-xx nanowires” Nanotechnology 16 (Bristol), Pp. 1578 - 1583, 2005.

     Paglia G., Božin E.S., Vengust D., ”Exakt Strukturerar Beslutsamhet av MoSI6yz nanowires från Atom- Parar Fördelning Fungerar (PDF) Analys” 18, Pp. 100 - 106, 2006.

     Nicolosi V., Nellist P., Sanvito S., Cosgriff E.C., Krishnamurthy S., Blau W.J., Grönt M., Vengust D., Dvoršek D., Mihailovič D., Compagnini G., Sloan J., Stolojan V., Carey J.D., Pennycook J., Coleman J.N., ”Observationen av skåpbil der Waals den drivande själv-enheten av MoSI nanowires in i låg-symmetri strukturerar genom att använda avvikelse-korrigerad elektronmicroscopy”, Adv. mater. 19 utfärdar 4 (Weinh.), Pp. 543 - 547, 2007.

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

Yang T., Okano S., Berberen S., Tománek D., Samspel between Strukturerar och Magnetism i MoSI129, Nanowires”, Phys. Rev. Lett. 96 pp.

Kis A., Csanyi G., Vrbanič D., Mrzel A., Mihailović D., Kulik A.J., Forro L., ”Nanomechanical Utredning av MoSI69_xx Nanowire Buntar”, Lilla 3, pp. 1544-1547, 2007 och Kis A., o.a., ”” 15 (9), pp.733 - 736, 2003

Dominko R., Arcon D., Mrzel A., Zorko A., Cevc P., Venturini P., Gaberscek M., Remskar M., Mihailović D. ”, Avancerade Material 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 Märker 18 (3), pp. 385-393 2005.

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

och Mihailovic D., ”Ickelinjär resår och mekanisk rekvisita av nanowires Mo6S3I6.”, Phys.Rev.B 74, p235411. 2006.

Damjan Dvorsek

Jožef Stefan Institut
Jamova 39
Ljubljana 1000
Slovenien

E-post: damjan.dvorsek@ijs.si

Jožef Stefan Institut
Jamova 39
Ljubljana 1000
Slovenien

E-post: dragan.mihailovic@ijs.si

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

Last Update: 13. June 2013 18:32