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Nanomaterials Wachstum und Synthese: Entwicklung von Nanoscale-Heterostrukturen der Nächsten Generation

durch Professor Nitin Chopra

Professor Nitin Chopra, Metallurgisch und Werkstofftechnik, Mitte für Materialien für Informationstechnologie (MÜNZE), die Universität von Alabama
Entsprechender Autor: nchopra@eng.ua.edu

Wegen ihrer verschiedenen Funktionalität sind hohes Oberfläche-zuvolumen Verhältnis und eindeutige Größe-abhängige Eigenschaften, nanostructures von unermesslicher Bedeutung für die chemischen und biologischen Fühler, die medizinischen Geräte, die Katalysatoren, photovoltaics und die nanodevices.1-5 Eine große Auswahl von den materiellen Wahlen, die mit verschiedenen synthetischen Strategien verbunden werden, ergeben verschiedene morphologische Versionen wie Dünnfilme der nmschuppe, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanoparticles und nanoporous Zellen.2,5,6

Die Zahlreichen Methoden, zum von nanostructures zu synthetisieren sind einschließlich, chemische Synthese, galvanischer Niederschlag, chemisches Bedampfen, (CVD) Plasmasynthese, Laser-basierte Synthese, körperliches Bedampfen, (PVD) mechanische Legierung, Nano--/microfabrication Methoden berichtet worden.2,5,6,7 Trotz einiger Studien2,6 soll nanostructure Wachstumsmanipulation und direkte Integration in Einheiten schon erzielt werden.8-10

Eine Andere Herausforderung ist, Multifunktionalität zu diesen nanostructures zuzuteilen. Gegen dieses Ende ist das Heterostructuring von nanostructures, indem es zwei nanostructures von gleichem oder von verschiedenen Materialien kombiniert, von den beträchtlichen Zinsen.7 So kombiniert Forschung Professors Chopras Sachkenntnis in Nano--/im microfabrication, in nanostructure Wachstum, in der Materialchemie und in den Kennzeichnungs- und spektralanalytischentechniken, um neue nanoscale Heterostrukturen zu entwickeln. Aktueller Fokus Professors Chopras ist auf sich entwickelnden graphene eingekapselten Metall-nanoparticles (eine Kern-/Shellgeometrie) und hierarchischen Heterostrukturen wie nanowires, die mit nanoparticles beschichtet werden.11-15 In hat neue Berichte, Professor Chopra einige eindeutige Wachstumstechniken für die Fabrikation solcher Heterostrukturen durch die sehr einfachen und Tensid-freien Chemiefasergewebewege gezeigt. Solch Ein Anflug macht sie leicht verfügbar für ihre zukünftigen Anwendungen.

Graphene Kapselte Gold Nanoparticles ein

Indem er unsere CVD-Auslegungssachkenntnis verwendete, war Professor Chopra in der Lage, CVD-Methoden zu entwickeln, die die Fähigkeit haben, zum von CNTs, von nanowires oder von graphene Shells zu wachsen. Ein typischer CVD-Prozess setzt eine Zufuhr von den chemischen Vorläufern ein, die eine Reaktion an der hohen Temperatur durchmachen, um ausgefällten Nano--, Mikro- oder Makrozellen zu ergeben.

Um ein graphene Shell um einen Metall- Nanoparticle wie Gold zu wachsen (im Allgemeinen, angesehen als ein träges), verwendet unser Anflug kopierte Reihen Gold-nanoparticles auf einer Siliziumscheibe als Katalysator für das Wachstum von graphene Shell in Anwesenheit einer Kohlenwasserstoffquelle bei den Temperaturen zwischen 600 - 700 °C.11 Die gewachsenen graphene Shells, die Gold-nanoparticles einkapseln, wurden unter Verwendung der Elektronenmikroskopie der hohen Auflösung gekennzeichnet (Abbildung 1).11

Abbildung 1. A) Diagramm von graphene eingekapselten Gold- nanoparticles, B) TEM-Bilder von den Gold-nanoparticles eingekapselt in graphene Shells (a, b und c). Bild der Hohen Auflösung (c) zeigt Ebenenabstand von graphene Shell (3,5 A) und eingekapselter Goldnanoparticle (2,3 A). Abbildung 1B wird („Angepasst“ oder „im Teil“) mit Erlaubnis Chopra et al., Chemie von Materialien, 2009, 21, 1176-1178 neu gedruckt. Copyright 2009, Amerikanische Chemikalien-Gesellschaft.

Die graphene Schalendicke so niedrig wie ~1 nm und seine Wachstumsrate von ~8 nm/h zeigt vielseitiges tunability unserer CVD-Wachstumsmethode an. Verglichen mit den vorhergehenden Anflügen, die für die Einkapselung von Gold-nanoparticles innerhalb eines graphene Shells verwendet werden, zeigt unser neuer Anflug, dass CVD-Methode zu ersteigbares Wachstum solcher Kern/Shell nanoparticles führen kann. Solche neuen nanoparticles haben unermessliches Potenzial für hoch entwickelte Chemikalie und biologische Analyse und medizinische Geräte.

Hierarchische Heterostrukturen

Ein interessanter Anflug, der vor kurzem von uns berichtet wird, bezieht einen einfachen Tensid-freien thermischen Weg mit ein, um CuO-nanowires zu entwickeln, die mit Gurren nanoparticles34 beschichtet werden.13 Unsere grundlegenden Studien ihrer Kristallstruktur und Schnittstellen zeigten ein eindeutiges Zwischenflächen- Verhältnis zwischen monoklinischen CuO-nanowires und Spinell Gurren34 nanoparticles und führten die nanoparticles, um auf den nanowires gleichmäßig zu zerstreuen.

Professor Chopra führte auch eine umfassende Studie Betreffend die morphologische Entwicklung von Gurren34 nanoparticles auf CuO-nanowires durch. Dieses Teil der Studie betrachtet eindeutig Thermodynamik des Wachstumsprozesses, der die Oberflächensystemumstellung von Gurren nanoparticles34 von der Basis von nanowires entlang ihrer Länge ermöglichte (Abbildung 2).

Abbildung 2 A) Diagramm, welches die Entstehung von CuO-nanowireGurren Nanoparticle34 heterostrukturen darstellt. B) TEM-Bild, welches die Heterostrukturen zeigt.

Solch Eine Studie, die verschiedene Phänomene wie in Abbildung 2 für die Entwicklung von hierarchischen Heterostrukturen ausgedruckt in Verbindung steht, ist eindeutig. Diese Arten von Multifunktions- und Mehrkomponenten- hierarchischen Heterostrukturen sind extrem nützlich und werden bestimmt unsere Lebensdauern in vielerlei Hinsicht von Automobile zu nanoelectronics auswirken. Die Herausforderung ist, sie zum folgenden Niveau der Innovation zu nehmen, das wir durchweg anstreben.


Bezüge

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Copyright AZoNano.com, Professor Nitin Chopra (die Universität von Alabama)

Date Added: Dec 13, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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