Incremento y Síntesis de los Nanomaterials: Revelado de las Heteroestructuras de Nanoscale de la Generación Siguiente

por Profesor Nitin Chopra

Profesor Nitin Chopra, Metalúrgico y Materiales Dirigiendo, Centro para los Materiales para la Tecnología De La Información (MENTA), La Universidad de Alabama
Autor Correspondiente: nchopra@eng.ua.edu

Debido a sus funciones diversas, la alta relación de transformación del superficie-a-volumen, y las propiedades talla-relacionadas únicas, nanostructures son de importancia inmensa para los sensores, los aparatos médicos, los catalizadores, el photovoltaics, y los nanodevices químicos y biológicos.1-5 Una amplia gama de opciones materiales acopladas con diversas estrategias sintetizadas dan lugar a diversas versiones morfológicas tales como películas finas de la escala del nanómetro, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanoparticles, y estructuras nanoporous.2,5,6

Los métodos Numerosos para sintetizar nanostructures han estado señalados incluyendo, síntesis química, electrodeposición, deposición de vapor químico (CVD), síntesis del plasma, síntesis laser-basada, deposición de vapor física (PVD), aleación mecánica, métodos nanos/del microfabrication.2,5,6,7 A pesar de varios estudios, 2,6 la manipulación del incremento del nanostructure y la integración directa en los dispositivos debe todavía ser lograda.8-10

Otro reto es comunicar multifuncionalidad a estos nanostructures. Hacia este extremo, el heterostructuring de nanostructures combinando dos nanostructures de mismo o de diversos materiales está de interés importante.7 Así, la investigación de Profesor Chopra combina experiencia en nano/el microfabrication, el incremento del nanostructure, la química de los materiales, y técnicas del caracterización y espectroscópicas para desarrollar heteroestructuras nuevas del nanoscale. El enfoque actual de Profesor Chopra está en los nanoparticles encapsulados graphene del metal que se convierten (una geometría de la base/del shell) y las heteroestructuras jerárquicas tales como nanowires recubiertos con los nanoparticles.11-15 En los partes recientes, Profesor Chopra han demostrado algunas técnicas únicas del incremento para fabricar tales heteroestructuras a través de las rutas muy simples y tensioactivador-libres del sintético. Tal aproximación los hace fácilmente disponibles para sus aplicaciones futuras.

Graphene Encapsuló el Oro Nanoparticles

Utilizando nuestra experiencia del diseño del CVD, Profesor Chopra podía desarrollar los métodos del CVD que tienen la capacidad para crecer CNTs, nanowires, o shelles del graphene. Un proceso típico del CVD emplea una alimentación de los precursores químicos que experimentan una reacción en la temperatura alta para dar lugar a estructuras nanas, micras, o macras precipitadas.

Para crecer un shell del graphene alrededor de un nanoparticle del metal tal como oro (generalmente, considerado como inerte), nuestra aproximación utiliza matrices modeladas de nanoparticles del oro en una oblea de silicio como catalizador para el incremento del shell del graphene en presencia de una fuente del hidrocarburo en las temperaturas entre 600 - 700 °C.11 Los shelles crecidos del graphene que encapsulaban nanoparticles del oro fueron caracterizados usando la microscopia electrónica de alta resolución (Cuadro 1).11

Cuadro 1. A) Diagrama Esquemático de los nanoparticles encapsulados graphene del oro, B) imágenes de TEM de los nanoparticles del oro encapsulados en los shelles del graphene (a, b, y c). La imagen De alta resolución (c) muestra la separación interplanar del shell del graphene (3,5 A) y nanoparticle encapsulado del oro (2,3 A). La Figura 1B se reimprime (“Adaptado” o “en parte”) con permiso de Chopra y otros, la Química de Materiales, 2009, 21, 1176-1178. Derechos De Autor 2009, Sociedad de Substancia Química Americana.

El espesor de shell del graphene de hasta sólo ~1 nanómetro y su tasa de crecimiento de ~8 nm/h indica tuneabilidad versátil de nuestro método del incremento del CVD. Con respecto a las aproximaciones anteriores usadas para encapsular nanoparticles del oro dentro de un shell del graphene, nuestro nuevo enfoque demuestra que el método del CVD puede llevar al incremento escalable de tales nanoparticles de la base/del shell. Tales nanoparticles nuevos tienen potencial inmenso para la substancia química avanzada y análisis biológico y los aparatos médicos.

Heteroestructuras Jerárquicas

Una aproximación interesante señalada recientemente por nosotros implica una ruta térmica tensioactivador-libre simple para desarrollar los nanowires de CuO recubiertos con Arrulla34 los nanoparticles.13 Nuestros estudios fundamentales de su estructura cristalina e interfaces mostraron que Arrulla un lazo de cara a cara único entre los nanowires de CuO y el rubí sintético monoclínicos34 los nanoparticles, llevando los nanoparticles para dispersarse uniformemente en los nanowires.

Profesor Chopra también realizó un estudio completo referente a la evolución morfológica de Arrulla34 los nanoparticles en los nanowires de CuO. Esta parte del estudio considera únicamente la termodinámica del proceso del incremento del cual facilitó la migración superficial Arrullan34 los nanoparticles de la base de nanowires a lo largo de su longitud (Cuadro 2).

El Cuadro 2 A) Diagrama Esquemático que ilustra la formación de CuO nanowire-Arrulla34 las heteroestructuras del nanoparticle. B) Imagen de TEM que muestra las heteroestructuras.

Tal estudio que relaciona diversos fenómenos como se lista en el cuadro 2 para el revelado de heteroestructuras jerárquicas es único. Estas clases de heteroestructuras jerárquicas multifuncionales y de varios componentes son extremadamente útiles y afectarán definitivamente nuestras vidas en gran medida de los automóviles al nanoelectronics. El reto es llevarlas el nivel siguiente de innovación, para el cual nos estamos esforzando constantemente.


Referencias

  1. Bruchez M., Moronne, M.; Ginebra, P.; Weiss, S.; Alivisatos, nanocrystals de A.P. Semiconductor como escrituras de la etiqueta biológicas fluorescentes. Ciencia 1998, 281, 2013.
  2. Meyyappan, nanotubes de M. Carbon: Ciencia y aplicaciones. 2005, LLC de la Prensa del CRC, Boca Raton, FL.
  3. Venkatachalam, K.; Arzuaga, X.; Chopra, N.; Gavalas, V.; Xu, J.; Bhattacharya, D.; Hennig, B.; Bachas, desinfección con cloro de L.G. Reductive del bifenil polychlorinated (PWB) usando nanoparticles del paladio y evaluación de la potencia tóxica en células endoteliales vasculares. Gorrón de Materiales Peligrosos 2008, 159, 483.
  4. Hinds, B.J.; Chopra, N.; Rantell, T.; Andrews, R. Gavalas, V.; Bachas, membranas multiwalled Aligned del nanotube del carbón de L.G. Ciencia 2004, 303, 62.
  5. Chopra, N.; Gavalas, V.G.; Hinds, B.J.; Bachas, nanomaterials unidimensionales de L.G. Functional: Aplicaciones en biosensores del nanoscale. Cartas Analíticas 2007, 40, 2067.
  6. Wang, Z.L. Nanowires y Nanobelts: Materiales, propiedades y dispositivos - Nanowires y nanobelts del Volumen funcional II, 2003, Ciencias del Saltador, Nueva York, NY de los materiales.
  7. Chopra, N. Multifunctional y nanostructures unidimensionales heterostructured de varios componentes: avances en incremento, la caracterización, y las aplicaciones, Tecnología de Materiales: Materiales Avanzados del Funcionamiento 2010, 25, 212.
  8. Bohr, metas de M.T. Nanotechnology y retos para las aplicaciones electrónicas. Transacción de IEEE en la Nanotecnología 2002, 1, 56.
  9. Stupp, S.I.; Braun, manipulación de P.V. Molecular de microestructuras: Biomateriales, cerámica, y semiconductores. Ciencia 1997, 277, 1242.
  10. Huang, Y.; Lieber, electrónica y optoelectrónica del nanoscale de C.M. Integrated: Ciencia y tecnología de Exploración del nanoscale a través de nanowires del semiconductor. Química Pura y Aplicada 2004, 76, 2051.
  11. Chopra, N.; Bachas, L.G.; Knecht, M. Fabrication y Biofunctionalization del Au Carbón-Encapsulado Nanoparticles, Química de los Materiales 21, 2009, 1176.
  12. Wu, J.; Chopra, Oro Nanoparticles de N. Graphene Encapsulated y su Caracterización, Transacciones De Cerámica 223, 2010.
  13. Shi W.; Chopra, síntesis Tensioactivador-Libre del N. de las heteroestructuras nuevas del nanoparticle del óxido del nanowire-cobalto del óxido de cobre (CuO)34 (Arrulle) y su mando morfológico, Gorrón de la Investigación 2010 del Nanoparticle, En prensa.
  14. Chopra, N.; Majumder, M.; Hinds, nanotubes del carbón de B.J. Bi-functional por la protección del flanco. Materiales Funcionales Avanzados 2005, 15, 858.
  15. Chopra, N.; Claypoole, L. Bachas, L.G. Formation de los nanostructures de la base/del shell de Ni/NiO y de su accesorio en nanotubes del carbón. Procedimientos Técnicos de Nanotech 2009 2009, 1, 187.

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Nitin Chopra (La Universidad de Alabama)

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

Last Update: 14. June 2013 04:44

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit