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DOI : 10.2240/azojomo0124

Mo6SxI9-x 分子 Nanowires 结构上和物理属性

DESYGN IT - 特刊

设计、 Nanotubes 综合和增长行业技术的

D. Dvorsek、 D. Vengust, V. Nicolosi, W.J. Blau, J.C. 科尔曼和 D. Mihailovic

版权 AZoM.com 有限公司 Pty。

这是在许可证无限制的使用提供原始工作适当地被援引,但是被限制到非商业配电器和再生产的 AZo 桨条件下被分配的一个偶氮开路奖励系统 (AZo 桨) 条款。

提交: 2007年th 11月 6日

张贴: 2007年th 11月 16日

包括的事宜

摘要

简介

方法和材料

Nanowire 构成

结构上的属性

自被汇编的 Nanowire 水晶结构

物理属性汇总

Nanowires 机械性能

Nanowires 输运性质

Nanowires 光学性能

结论

鸣谢

参考

摘要

我们存在钼硫磺碘分子 nanowires 基本和电子结构一个简要概述。 我们也总结他们基本的运输,光学和机械性能。

简介

了解基本的 nanomaterials 属性对他们的使用是关键地重要在纳米技术方面。 作为其中一在最后十年的广泛被学习的材料,碳 nanotubes (CNT) 陈列一定数量的有趣属性。 然而,对 CNT 的普遍使用在纳米技术方面由批量项目货签被综合的材料内在多相性妨害。 分隔金属和半导体的 nanotubes 困难从被综合的材料防止使用在将需要与同样属性的相同的构件的应用的 CNT。 没有使用另外的表面活化剂,使用的另一个问题在纳米技术应用的 CNT 是他们在低沸点点溶剂的粗劣的散射特性。 这些问题严格刺激替代 nanomaterials 的调查。

综合首先报告的其中一新的有为的材料 [1] 在 2004年,是钼硫磺碘 nanowires。 他们的综合和准备比 CNTs 和毫不奇怪,从他们的发现,材料研究了与各种各样的技术和许多和不同的调查主题,包括搜索可能的行业应用较不过分要求的。 材料结果是执行一维象分子电汇 nanomaterial 典型地出现在预定捆绑 [2,3] 有好 dispersability 在公用溶剂 [4,5 的] 的范围,在众多方面功能上非常类似于 CNTs。 材料的相对地简单的综合从要素的没有任何催化剂 [1] 在行业技术产生称材料的生产并且适用性的一个可能性。 一定数量可能的应用当前继续处理,范围从分子电子到执行和摩擦学的综合。

方法和材料

在此条款上我们报告关于不同的调查的收集在钼硫磺碘 nanowires 基本的属性的。 调查从结构上的研究范围到机械,运输和光学性能的研究。 这个结构学习了与包括 X-射线粉末衍射评定实验技术的组合 (XRD), X-射线吸收微细结构实验 (XAFS),基本对分布函数分析 (PDF),高分辨率透射电镜术 (HRTEM)和扫描透射电镜术 (STEM)。 实验技术补充与基本原理计算。 光学性能的调查包括了反射性的评定,并且吸光度在或者机械上朝向薄膜,批量范例或在解决方法。

Nanowire 构成

调查的 nanowires 有这个化学式 MoSI69-xx (3 < x < 6) 和属于一个组在过渡金属 chalcogenides 基础上的字符串化合物。 当在多数的字符串此水晶化合物形成三维网络时,字符串在 MoSI69-xx (MoSIx) 在一维链子被安排。 在从要素进行 MoSIx nanowire 后的单步综合在捆绑,但是捆绑通常被包装能 controllably 被分散和被发现形成与各自的分子电汇 [5 的] 稳定的散射。 用于这些调查公司提供的 MoSIx nanowires Mo6 并且由洗涤,散射和沉积作用处理。

Nanowires 结构上的属性

MoSI nanowires 结构69-xx 首先学习了与 X 光衍射 [1]。 很快变得清晰,技术的其他技术或组合为这个结构的详细确定将是需要的。 不同的站点基本占用率的准确确定从栾琴线谱的被妨害了,因为各自的 nanowires 没有完全经常顺序相对彼此在捆绑里面,并且捆绑被扭转或被扭屈。

这个基本的结构取决于结合局部结构信息从 XAFS 与平均结构信息从 X-射线粉末衍射评定 [6]。 得到的结构 (图 1) 最好被描述根据一个一维聚合物组成由共价地一定 Mo chalcogenide 卤化物字符串链子,组成由 Mo6 (S, I)6 部件,一起连接由三个正离子 (S 或 I)。 Meden 等 [6] 确定了空间群作为 P63,与与三个并行 MoSI 电汇的捆绑636 结构相应在单位晶格内。 研究,由密度泛函理论计算 (DFT)补充,也向显示没有在各自的 nanowires 之间的共价键,导致卓越的一维属性和容易的散射到各自的分子 nanowires。 当各自的 nanowire 子线在捆绑内时,下滑互相反对此属性提升装箱紊乱。

图 1。 Mo6S3I6 nanowires 原子结构。 (a) 一个单个 Mo6S3I6 分子沿水晶 c 轴的链子在跨接的位置 B 和 (b) 投影的侧视图与 S 原子的。 早 X 光衍射实验根据六角 P63 spacegroup12 (单位晶格指示链预定显示与实线)

当范例的 preferrential 取向在 XRD 实验的被考虑了到,与 Meden 建议的这个设计的协议等 [6] 是足够好查明在所有合理质疑之外的中坚结构,但是 S 在中坚的不是占用率和 I。 由对配电器功能分析 [7 的] (PDF) 补充结构上的研究确认了这个骨骼结构,但是同时提高了关于 S 和 I 的人口的若干不确定性在不同的位置。 两个研究对 S 达成协议出现在跨接的飞行 (位置的 A 位置 B) 和碘,但是那里看来是关于作为原子显示的中央跨接的位置的占用率的差异 C 在表 1。 而 XRD 显示此是更或较不没人住的, PDF 研究否则建议。 HRTEM 和词根研究表面上解决此差异,没有显示在 C 站点的占用率。 

自被汇编的 Nanowire 水晶结构

HRTEM 和词根研究由 Nicolosi 等进行了 [8] MoSI64.54.5 (或 12-9-9) 使用先进的636 techniqes 特别是环型暗场想象,和 (ADF) MoSI 的。  使用变型被更正的词根的 ADF 想象用于特别地为 MoSI 非常准确地确定自被汇编的 nanowire 水晶结构636。 根据被计算的和被观察的结构上的 TEM 图象一个非常详细比较沿不同的角度的如图 2 所显示,作者认为, nanowires 的装箱有 P-1 (#2) 结构,而不是以前建议的 R-3 (#148) 或 P63 (#173) 空间群,由于一个相当细微的作用,即缺勤沿电汇的一个旋转的对称,导致一个三斜晶的格子。

图 2. (a), (b) 捆绑的 HRTEM 图象从各自的 nanowires 聚集。 (c) - (h) 对实验 ADF 阻止从为三个高对称方向 (第二行) 的图象 (第一行) 和图象做的模拟。

作者向显示 nanowires 包括每串联一些明确定义的单位晶格包括的六架基本飞机 (比原来地建议参见图 3),导致较不对称的超结构 [6]。  当 S 原子占用 B 站点时, I 原子被分配了到 A 站点如图 1 所示。 跨接位置的中央 (站点 C) 未占用。

图 3。 MoSI nanowire 结构636如取决于词根 measurments [8]。 托架定义了 nanowire 单位晶格,包含 12 Mo (红色), 6 S (黄色), 12 个 I (紫色) 原子。

因为使用 X 光衍射的早先尝试证明不成功并且/或者准确不足地确定在 S 和 I 站点的占用率上的,细微的区别这样 nanoscale 结构上的确定技术是重要的。  结构的稳定性与另外化学计量学的在 MoSI69-xx 由密度泛函理论计算也 (DFT)确认在 4.5 范围内 < x < 6. 卓越地,计算也向显示有在能源上的很少区别区别化学计量学之间 (在同一中坚),表明 S 和我可能相对地自由地互换,并且确认有非常各自的 nanowires 之间的仅弱相互作用。 对结构的 DFT 计算从 Meden 等 [6] 并且计算由 Tomanek 等 [10] 12-9-9 的和由 Vilfan 和 Nicolosi [9] 636 的等预测材料是一种窄频带金属沿 nanowire 轴的方向,但是根本有非金属字符运输的在 nanowires 间。

物理属性汇总

Nanowires 机械性能

与符合向显示的计算 - 有非常在 nanowire 之间的仅弱的债券中断 - MoSIx nanowires 展览卓越地非均质性的机械性能。 在 MoSIx nanowires 的机械评定向显示剪模数格外是小的,大约 16-89 MPa,而年轻的模数高, 430 GPa [11]。 这些再现上限值的始发地没有了解,因为计算预测有些更小的年轻的模数,等级 100-150 GPa [10]。 放这些结果到透视图我们看见这个年轻的模数只是 2-3 次较少比对于最佳的 SWCNTs,而在各自的 nanowires 之间的强制充分地弱比在 CNTs 或石墨。 非常小的剪模数 [11,13] 暗示 MoSIx nanowires 是其中一个最佳的近似值对本质上找到的一维材料。 使用机械增强的 MoSIx nanowires 在综合和减少的摩擦 [13],源于各自大年轻的模数和小的剪模数。

Nanowires 输运性质

抵抗力的系统的评定完成在批量 (被按的药丸) 和在各自的 nanowire 捆绑 [2,3]。  在任何情况下用不同的 MoSIx nanowires 当前电压特性是线性的,并且发现抵抗力的温度依赖性按指数规律增加在低温,从事希望 (VRH)表单σ =σ0 (T0/T) 的 exp- β的工作情况的可变范围, β = ¼ 原始 (未提纯的) 范例和β = ½在温度的真空锻炼了在 500 C 上的范例,如图 4. 所显示。 方次数转换随附于于在传导性的一个增量 - 建议去除细胞间的碘增加漏洞载流子浓度,造成更高的传导性。  在方次数上的此变化可能了解根据天桥从三维对去除造成的一维 VRH 细胞间的碘。 结果确实地向显示有一个有限的密度状态在费米能,并且运输由在状态之间的不连贯的卖力控制。 本地化的始发地没有了解,但是 nanowires 的严格的 1D 字符建议本地化可能发生由于缺陷。 的确最近实验向显示范例被改进的纯度可能产生显着更高的σ0高达 10 个5 S/m,而 T 依赖性看来依靠捆绑直径,符号 Luttinger 液体工作情况也许是重要的

图 4。 作为温度功能的阻力 Mo6S3I6 nanowire 捆绑的评定了在 (a) 前和在 (b) 焖火以后。 插页显示一本日志 (R)−1/4 (a) 和日志的 T (R)−1/2 各自 (b) 的 T。 在 (a) 插页的直线用β表示适应 = 1/4 和 1/2 各自 (b) 的

Nanowires 光学性能

一个人预计 nanowires 的 1D 本质,由不同的调查观察,在光学性能也将显示作为在光学光谱的锋利的功能。 奇怪地这样功能未被观察竟管电子范围和相对地锋利的功能的一维字符在密度状态。 其中一个此的原因,因为我们发现了是有属于 Mo d 派生的轨道,并且在这个区域从 E. 的 ± 2 eV 的一许多缩小的次能带F

MoSI nanowires 针对的薄膜光学吸收光谱636 在表 6 E//c 和 E⊥c. 的 (a) 显示。 我们为 E//c 看到一定数量清楚的峰顶和一个单调地增长的背景为 E⊥c。 那里不看来是在光谱的任何共同的特点,建议一个高定向程度可以由机械取向进程达到。

图 5. (a) 光学吸收评定在针对的薄膜的。  这个分子轴 c 在一案件针对的并行和在另一条垂线对极化。 实线是从这个实验 (任意缩放比例),其他线路被计算在 RPA。 (b) Mo6S3I6 nanowires 另外吸收光谱用不同的溶剂和范围 Mo6S4.5I4.5 在 IPA 的 nanowires。

MoSI 被计算的光谱 636 (也显示在图 6 (a)) 是,象被评定的光谱,相当 E 的平凡的下面 ~ 4 eV | c. 在 ~ 4 eV 上在贡献的链子起始时间之间的光学转移。 E//c 的吸收光谱显示另一方面更多结构和那里是相当在计算和实验之间的利益协定,如果被计算的光谱在能源被称由 ~1.2。 对称的需要是一般低估带隙问题的结果 DFT 计算的。

在解决方法的吸光度光谱显示相似的功能作为干燥影片,除了他们 hypochromically 由 ~ 0.15 eV 转移。 在异丙醇和在水中,有这个功能的一种另外的改进在 5.5 eV (220 毫微米) 前后,被建议从络合工作情况出现,但是其确切的始发地是未知的。

在表 6 我们显示在 MoSI 一个原始和一个锻炼的被按的药丸范例评定的光学反射性636。 两个显示清楚的等离子象边缘的功能在低频率。 二之间的然而区别比这个非锻炼的范例的是相当明显的,显示显着更高的反射性这个锻炼的范例。 被计算的反射性 [也显示在图 6 (a)] 高于实验一个充分地,特别是在它由这个范例的预测的金属传导性控制的低频率。 这主要归结于大表面分散,不充分地占由与我们的标本澳大利亚涂层的数据重正常化。 然而,被计算的反射性的整体形状类似于被评定的一个。 图 6 (b) 显示光学传导性的1实部σ范例 1。 光学传导性的整体趋势是预示 semimetal。

图 6. (a) 反射性 R (ω) 锻炼 (范例 1) 和未退火 (范例 2) 范例和被计算的 R (ω) 任意极化的。 (b) 光学传导性σ1 (ω) 范例 1,派生从 R (ω)。

结论

我们通过注意,认为在确定相对地最近被发现的 MoSIx nanowires 的基本的属性的进展是非常迅速的。 尽管在解决的 nanowires 的困难请构建中坚结构确定了与合理的准确度。 并且描述特性试验,带来一些惊奇的结果,确认 MoSIx 分子 nanowires 严格的 1D 字符。 与相对地容易的综合和散射的组合被观察的属性使此材料商业上有吸引力。 的确 MoSIx nanowires 的有用性在区已经调查这样电池电极 [12],摩擦学 [12] 和场致发射显示 [14]。 结果在通用承诺,但是进一步研究,特别地对增长结构和化学计量学控制为在此材料基础上的商品的发展是需要的。 理论上的计算 [6,8,10,15] 是非常重要在确定这个结构和在预测 MoSi nanowires 多种物理属性。 特殊一定数量理论上的预测、 magnetoelasticity 和电致伸缩的属性将仍然调查。

鸣谢

欧盟特定被瞄准的研究计划支持此工作 DESYGN-IT (没有 NMP4-CT-2004-505626)。

参考

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Damjan Dvorsek

Jožef 斯蒂芬学院
Jamova 39
卢布尔雅那, 1000
斯洛文尼亚

电子邮件: damjan.dvorsek@ijs.si

Dragan Mihailovic

Jožef 斯蒂芬学院
Jamova 39
卢布尔雅那, 1000
斯洛文尼亚

电子邮件: dragan.mihailovic@ijs.si

Date Added: Nov 14, 2007 | Updated: Jun 3, 2015

Last Update: 3. June 2015 07:28