Accroissement et Synthèse de Nanomaterials : Développement des Hétérostructures de Nanoscale de Prochain Rétablissement

par Professeur Nitin Chopra

En raison de leur diverse fonctionnalité, le taux élevé de surface-à-volume, et les seules propriétés taille-dépendantes, nanostructures sont d'immense importance pour les senseurs, les matériels médicaux, les catalyseurs, le photovoltaics, et les nanodevices chimiques et biologiques.^1-5 Un large éventail de choix matériels ajoutés à différentes stratégies synthétiques ont comme conséquence différentes versions morphologiques telles que des films minces d'échelle de nanomètre, des nanowires, des nanotubes, des nanobelts, des nanoparticles, et des structures nanoporous.^2,5,6

Des méthodes Nombreuses pour synthétiser des nanostructures ont été enregistrées comprenant, synthèse chimique, dépot électrolytique, déposition en phase vapeur (CVD), synthèse de plasma, synthèse basée sur le laser, dépôt en phase vapeur matériel (PVD), alliage mécanique, nano/méthodes de microfabrication.^2,5,6,7 Malgré plusieurs études, ^2,6 la manipulation d'accroissement de nanostructure et l'intégration directe dans des dispositifs doit être réalisée encore.^8-10

Un Autre défi est de transmettre la multifonctionnalité à ces nanostructures. Vers cette extrémité, heterostructuring des nanostructures en combinant deux nanostructures de même ou de différents matériaux est d'intérêt significatif.⁷ Ainsi, la recherche de Professeur Chopra's combine des compétences dans le nano/microfabrication, accroissement de nanostructure, chimie de matériaux, et techniques de caractérisation et spectroscopiques pour développer des hétérostructures nouvelles de nanoscale. Le foyer actuel de Professeur Chopra est sur les nanoparticles encapsulés par graphene se développants en métal (une géométrie de noyau/shell) et les hétérostructures hiérarchiques telles que des nanowires enduits des nanoparticles.^11-15 Dans les états récents, Professeur Chopra a expliqué quelques seules techniques d'accroissement pour fabriquer de telles hétérostructures par les artères très simples et sans surfactant de synthétique. Un Tel élan les rend facilement disponibles pour leurs futures applications.

Graphene A Encapsulé l'Or Nanoparticles

En employant nos compétences de design de CVD, Professeur Chopra pouvait développer les méthodes de CVD qui ont la capacité pour élever CNTs, nanowires, ou shell de graphene. Un procédé typique de CVD utilise une alimentation des précurseurs chimiques subissant une réaction à la température élevée pour avoir comme conséquence un nano précipité, un micro, ou de macro structures.

Afin d'élever une shell de graphene autour d'un nanoparticle en métal tel que l'or (généralement, considéré en tant qu'inerte), notre élan emploie des choix modelés de nanoparticles d'or sur un disque de silicium comme catalyseur pour l'accroissement de la shell de graphene en présence d'une source d'hydrocarbure aux températures entre 600 - 700 °C.¹¹ Les shell développées de graphene encapsulant des nanoparticles d'or ont été caractérisées utilisant la microscopie électronique de haute résolution (le Schéma 1).¹¹

Le Schéma 1. A) Schéma des nanoparticles d'or encapsulés par graphene, B) images de TEM des nanoparticles d'or encapsulés dans les shell de graphene (a, b, et c). L'image De haute résolution (c) affiche l'écartement interplanar de la shell de graphene (3,5 A) et nanoparticle encapsulé d'or (2,3 A). La Figure 1B est réimprimée (« Adapté » ou « en partie ») avec l'autorisation de Chopra et autres, la Chimie des Matériaux, 2009, 21, 1176-1178. Droit d'auteur 2009, Société Chimique Américaine.

L'épaisseur de la coque de graphene aussi bas que ~1 nanomètre et son taux de croissance de ~8 nm/h indique le tunability versatile de notre méthode d'accroissement de CVD. Par rapport aux élans précédents utilisés pour encapsuler des nanoparticles d'or à l'intérieur d'une shell de graphene, notre élan nouvel explique que la méthode de CVD peut mener à l'accroissement évolutif de tels nanoparticles de noyau/shell. De Tels nanoparticles nouveaux ont l'immense potentiel pour le produit chimique avancé et l'analyse biologique et les matériels médicaux.

Hétérostructures Hiérarchiques

Un élan intéressant récent enregistré par nous concerne une artère thermique sans surfactant simple pour développer des nanowires de CuO enduits des nanoparticles₃₄ de Roucoulement.¹³ Nos études principales de leur structure cristalline et surfaces adjacentes ont affiché une seule relation dièdre entre les nanowires monocliniques de CuO et les nanoparticles à spinelle₃₄ de Roucoulement, aboutissant les nanoparticles pour disperser uniformément sur les nanowires.

Professeur Chopra a également réalisé une étude complète concernant l'évolution morphologique des nanoparticles₃₄ de Roucoulement sur des nanowires de CuO. La Présente partie de l'étude considère seulement la thermodynamique du processus de croissance qui a facilité le transfert extérieur des nanoparticles₃₄ de Roucoulement de la base des nanowires sur leur longueur (le Schéma 2).

Le Schéma 2 A) Schéma illustrant la formation des hétérostructures de nanoparticle34 de nanowire-Roucoulement de CuO. B) Image de TEM affichant les hétérostructures.

Une Telle étude associant différents phénomènes comme indiqués sur le schéma 2 pour le développement des hétérostructures hiérarchiques est seule. Ces genres d'hétérostructures hiérarchiques multifonction et à plusieurs éléments sont extrêmement utiles et influenceront réellement nos durées de vie de plusieurs manières des automobiles au nanoelectronics. Le défi est de les prendre au prochain niveau de l'innovation, d'obtenir lequel nous essayons chronique.

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