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DOI : 10.2240/azojomo0124

Mo6SxI9-x 分子 Nanowires 結構上和物理屬性

DESYGN IT - 特刊

設計、 Nanotubes 綜合和增長行業技術的

D. Dvorsek、 D. Vengust, V. Nicolosi, W.J. Blau, J.C. 科爾曼和 D. Mihailovic

版權 AZoM.com 有限公司 Pty。

這是在 AZo 槳被分配的一個偶氮開路獎勵系統 (AZo 槳) 條款 http://www.azonano.com/oars.asp 條件下

提交: 2007年th 11月 6日

張貼: 2007年th 11月 16日

包括的事宜

摘要

簡介

方法和材料

Nanowire 構成

結構上的屬性

自被彙編的 Nanowire 水晶結構

物理屬性彙總

Nanowires 機械性能

Nanowires 輸運性質

Nanowires 光學性能

結論

鳴謝

參考

我們存在鉬硫磺碘分子 nanowires 基本和電子結構簡要概述。 我們也總結他們基本的運輸,光學和機械性能。

瞭解基本的 nanomaterials 屬性對他們的使用是關鍵地重要在納米技術方面。 作為其中一在最後十年的廣泛被學習的材料,碳 nanotubes (CNT) 陳列一定數量的有趣屬性。 然而,對 CNT 的普遍使用在納米技術方面由批量項目貨簽被綜合的材料內在多相性妨害。 分隔金屬和半導體的 nanotubes 困難從被綜合的材料防止使用在將需要與同樣屬性的相同的構件的應用的 CNT。 沒有使用另外的表面活化劑,使用的另一個問題在納米技術應用的 CNT 是他們在低沸點點溶劑的粗劣的散射特性。 這些問題嚴格刺激替代 nanomaterials 的調查。

綜合首先報告的其中一新的有為的材料 [1] 在 2004年,是鉬硫磺碘 nanowires。 他們的綜合和準備比 CNTs 和毫不奇怪,從他們的發現,材料研究了與各種各樣的技術和許多和不同的調查主題,包括搜索可能的行業應用較不過分要求的。 材料結果是執行一維像分子電匯 nanomaterial 典型地出現在預定捆綁 [2,3] 有好 dispersability 在公用溶劑 [4,5 的] 的範圍,在眾多方面功能上非常類似於 CNTs。 材料的相對地簡單的綜合從要素的沒有任何催化劑 [1] 在行業技術產生稱材料的生產並且適用性的一個可能性。 一定數量可能的應用當前繼續處理,範圍從分子電子到執行和摩擦學的綜合。

方法和材料

在此條款上我們報告關於不同的調查的收集在鉬硫磺碘 nanowires 基本的屬性的。 調查從結構上的研究範圍到機械,運輸和光學性能的研究。 這個結構學習了與包括 X-射線吸收微細結構實驗實驗技術的組合 (XAFS),基本對分佈函數分析 (PDF), (HRTEM) 和掃描透射電鏡術 (STEM)

Nanowire 構成

調查的 nanowires 有這個化學式 MoSI69-xx (3 < x < 6) 和屬於一個組在過渡金屬 chalcogenides 基礎上的字符串化合物。 當在大多數的字符串此的表單三維網絡,字符串在 MoSI69-xx (MoSIx) 時在一維鏈子被安排。 在從要素進行 MoSIx nanowire 後的單步綜合在捆綁,但是捆綁通常被包裝能 controllably 被分散和被發現形成與各自的分子電匯 [5 的] 穩定的散射。 用於這些調查公司提供的 MoSIx nanowires Mo6 并且由洗滌,散射和沉積作用處理。

Nanowires 結構上的屬性

MoSI nanowires 結構69-xx 首先學習了與 X 光衍射 [1]。 很快變得清晰,技術的其他技術或組合為這個結構的詳細確定將是需要的。 不同的站點基本佔用率的準確確定從欒琴線譜的被妨害了,因為各自的 nanowires 沒有完全經常順序相對彼此在捆綁裡面,并且捆綁被扭轉或被扭屈。

這個基本的結構取決於結合局部結構信息從 XAFS 與平均結構信息從 X-射線粉末衍射評定 [6]。 得到的結構 (圖 1) 最好被描述根據一個一維聚合物組成由共價地一定 Mo chalcogenide 鹵化物字符串鏈子,組成由 Mo6 (S, I)6 部件,一起連接由三個正離子 (S 或 I)。 Meden 等 [6] 確定了空間群作為 P63,與與三個並行 MoSI 電匯的捆綁636 結構相應在單位晶格內。 研究,由密度泛函理論計算 (DFT)補充,也向顯示沒有在各自的 nanowires 之間的共價鍵,導致卓越的一維屬性和容易的散射到各自的分子 nanowires。 當各自的 nanowire 子線在捆綁內時,下滑互相反對此屬性提升裝箱紊亂。

Mo6S3I6 nanowires 原子結構。 (a) 一個單個 Mo6S3I6 分子沿水晶 c 軸的鏈子在跨接的位置 B 和 (b) 投影的側視圖與 S 原子的。 早 X 光衍射實驗根據六角 P63 spacegroup12 (單位晶格指示鏈預定顯示與實線)

當範例的 preferrential 取向在 XRD 實驗的被考慮了到,與 Meden 建議的這個設計的協議等 [6] 是足够好查明在所有合理質疑之外的中堅結構,但是 S 在中堅的不是佔用率和 I。 由對配電器功能分析 [7 的] (PDF) 補充結構上的研究確認了這個骨骼結構,但是同時提高了關於 S 和 I 的人口的若乾不確定性在不同的位置。 兩個研究對 S 達成協議出現在跨接的飛行 (位置的 A 位置 B) 和碘,但是那裡看來是關於作為原子顯示的中央跨接的位置的佔用率的差異 C 在表 1。 而 XRD 顯示此是更或較不沒人住的, PDF 研究否則建議。 HRTEM 和詞根研究表面上解決此差異,沒有顯示在 C 站點的佔用率。

自被彙編的 Nanowire 水晶結構

HRTEM 和詞根研究由 Nicolosi 等進行了 [8] MoSI64.54.5 (或 12-9-9 的),并且使用636 先進的 techniqes 環型暗場 imaging.ADF 想像的 (ADF) MoSI 使用變型被更正的詞根特別是用於特別地為 MoSI 非常準確地確定自被彙編的 nanowire 水晶結構636。 根據被計算的和被觀察的結構上的 TEM 圖像一個非常詳細比較沿不同的角度的如圖 2 所顯示,作者認為, nanowires 的裝箱有 P-1 (#2) 結構,而不是以前建議的 R-3 (#148) 或 P63 (#173) 空間群,由於一個相當細微的作用,即缺勤沿電匯的一個旋轉的對稱,導致一個三斜晶的格子。

(a), (b) 捆綁的 HRTEM 圖像從各自的 nanowires 聚集。 (c) - (h) 對實驗 ADF 阻止從為三個高對稱方向 (第二行) 的圖像 (第一行) 和圖像做的模擬。

作者向顯示 nanowires 包括每串聯一些明確定義的單位晶格包括的六架基本飛機 (比原來地建議參見圖 3),導致較不對稱的超結構 [6]。 當 S 原子佔用 B 站點時, I 原子被分配了到 A 站點如圖 1 所示。 跨接位置的中央 (站點 C) 未佔用。

nanowire structureMoSI636 如取決於詞根 measurments [8]。 托架定義了 nanowire 單位晶格,包含 12 Mo (紅色), 6 S (黃色), 12 個 I (紫色) 原子。

因為使用 X 光衍射的早先嘗試證明不成功並且/或者準確不足地確定在 S 和 I 站點的佔用率上的,細微的區別這樣 nanoscale 結構上的確定技術是重要的。結構的穩定性與另外化學計量學的在 MoSI69-xx 由密度泛函理論計算也 (DFT)確認在 4.5 範圍內 < x < 6. 卓越地,計算也向顯示有在能源上的很少區別區別化學計量學之間 (在同一中堅),表明 S 和我可能相對地自由地互換,並且確認有非常各自的 nanowires 之間的仅弱相互作用。 對結構的 DFT 計算從 Meden 等 [6] 並且計算由 Tomanek 等 [10] 12-9-9 的和由 Vilfan 和 Nicolosi [9] 636 的等預測材料是一種窄頻帶金屬沿 nanowire 軸的方向,但是根本有非金屬字符運輸的在 nanowires 間。

Nanowires 機械性能

與向顯示的計算符合 - 有只非常弱的 bondsbetween nanowire 子線 - MoSIx nanowires 展覽卓越地非均質性的機械性能。 在 MoSIx nanowires 的機械評定向顯示剪模數格外是小的,大約 16-89 MPa,而年輕的模數高, 430 GPa [11]。 這些再現上限值的始發地沒有瞭解,因為計算預測有些更小的年輕的模數,等級 100-150 GPa [10]。 放這些結果到透視圖我們看見這個年輕的模數只是 2-3 次較少比對於最佳的 SWCNTs,而在各自的 nanowires 之間的強制充分地弱比在 CNTs 或石墨。 非常小的剪模數 [11,13] 暗示 MoSIx nanowires 是其中一個最佳的近似值對本質上找到的一維材料。 使用機械增強的 MoSIx nanowires 在綜合和減少的摩擦 [13],源於各自大年輕的模數和小的剪模數。

Nanowires 輸運性質

抵抗力的系統的評定完成在批量 (被按的藥丸) 和在各自的 nanowire 捆綁 [2,3]。 在任何情況下用不同的 MoSIx nanowires 當前電壓特性是線性的,并且發現抵抗力的溫度依賴性按指數規律增加在低溫,從事希望 (VRH)表單σ =σ0 (T0/T) 的 exp- β的工作情況的可變範圍, β = ¼ 原始 (未提純的) 範例和β = ½在溫度的真空鍛煉了在 500 C 上的範例,如圖 4. 所顯示。 方次數轉換隨附於於在傳導性的一個增量 - 建議去除細胞間的碘增加漏洞載流子濃度,造成更高的傳導性。在方次數上的此變化可能瞭解根據天橋從三維對去除造成的一維 VRH 細胞間的碘。 結果確實地向顯示有一個有限的密度狀態在費米能,并且運輸由在狀態之間的不連貫的賣力控制。 本地化的始發地沒有瞭解,但是 nanowires 的嚴格的 1D 字符建議本地化可能發生由於缺陷。 的確最近實驗向顯示範例被改進的純度可能產生顯著更高的σ0高達 105

(r) 與 −1/4 (a) 和日誌的 T (R)−1/2 各自 (b) 的 T。 在 (a) 插頁的直線用β表示適應 = 1/4 和 1/2 各自 (b) 的

Nanowires 光學性能

一個人預計 nanowires 的 1D 本質,由不同的調查觀察,在光學性能也將顯示作為在光學光譜的鋒利的功能。 奇怪地這樣功能未被觀察竟管電子範圍和相對地鋒利的功能的一維字符在密度狀態。 其中一個此的原因,因為我們發現了是有屬於 Mo d 派生的軌道,并且在這個區域從 F. 的 ± 2 eV 的一許多縮小的 次能帶。

MoSI nanowires 針對的薄膜光學吸收光譜636 在表 6 E//c 和 E^^ 的 (a) 顯示

(a) 光學吸收的評定在針對的薄膜的。 這個分子軸 c 在一案件針對的並行和在另一條垂線對極化。 實線是從這個實驗 (任意縮放比例),其他線路被計算在 RPA。 (b) Mo6S3I6 nanowires 另外吸收光譜用不同的溶劑和範圍 Mo6S4.5I4.5 在 IPA 的 nanowires。

MoSI 被計算的光譜 636 (也顯示在圖 6 (a)) 是,像被評定的光譜,相當 E 的平凡的下面 ~ 4 eV | c. 在貢獻的鏈子起始時間之間的 ~ 4 eVthe 光學轉移上。 E//c 的吸收光譜顯示另一方面更多結構和那裡是相當在計算和實驗之間的利益協定,如果被計算的光譜在能源被稱由 ~1.2。 對稱的需要是一般低估帶隙問題的結果 DFT 計算的。

在解決方法的吸光度光譜顯示相似的功能作為乾燥影片,除了他們 hypochromically 由 ~ 0.15 eV 轉移。 在異丙醇和在水中,有這個功能的一種另外的改進在 5.5 eV (220 毫微米) 前後,被建議從絡合工作情況出現,但是其確切的始發地是未知的。

在表 6 我們顯示在 MoSI 一個原始和一個鍛煉的被按的藥丸範例評定的光學反射性636。 兩個顯示清楚的等離子像邊緣的功能在低頻率。 二之間的然而區別比這個非鍛煉的範例的是相當明顯的,顯示顯著更高的反射性這個鍛煉的範例。 被計算的反射性 [也顯示在圖 6 (a)] 高於實驗一個充分地,特別是在它由這個範例的預測的金屬傳導性控制的低頻率。 這主要歸結於大表面分散,不充分地佔由與我們的標本澳大利亞塗層的數據重正常化。 然而,被計算的反射性的整體形狀類似於被評定的一個。 圖 6 (b) 顯示實部σ1

(a) 反射性 R (ω) 鍛煉 (範例 1) 和未退火 (範例 2) 範例和被計算的 R (ω) 任意極化的。 (b) 光學傳導性σ1 (ω) 範例 1,派生從 R (ω)。

結論

我們通過注意,認為在確定相對地最近被發現的 MoSIx nanowires 的基本的屬性的進展是非常迅速的。 儘管在解決的 nanowires 的困難请構建中堅結構確定了與合理的準確度。 並且描述特性試驗,帶來一些驚奇的結果,確認 MoSIx 分子 nanowires 嚴格的 1D 字符。 與相對地容易的綜合和散射的組合被觀察的屬性使此材料商業上有吸引力。 的確 MoSIx nanowires 的有用性在區已經調查這樣電池電極 [12],摩擦學 [12] 和場致發射顯示 [14]。 結果在通用承諾,但是進一步研究,特別地對增長結構和化學計量學控制為在此材料基礎上的商品的發展是需要的。 理論上的計算 [6,8,10,15] 是非常重要在確定這個結構和在預測 MoSi nanowires 多種物理屬性。 特殊一定數量理論上的預測、 magnetoelasticity 和電致伸縮的屬性将仍然調查。

歐盟特定被瞄準的研究計劃支持此工作 DESYGN-IT (沒有 NMP4-CT-2004-505626)。

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Damjan Dvorsek

Jožef 斯蒂芬學院
Jamova 39

盧布爾雅那, 1000

斯洛文尼亞

電子郵件: damjan.dvorsek@ijs.si

Jožef 斯蒂芬學院
Jamova 39

盧布爾雅那, 1000

斯洛文尼亞

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

Last Update: 13. June 2013 17:38