Crescita e Sintesi dei Nanomaterials: Sviluppo delle Eterostrutture di Next Generation Nanoscale

dal Professor Nitin Chopra

Il Professor Nitin Chopra, Metallurgico e Materiali Costruenti, Centro per i Materiali per Information Technology (MENTA), L'Università di Alabama
Autore Corrispondente: nchopra@eng.ua.edu

A causa della loro diversa funzionalità, l'alto rapporto del superficie--volume ed i beni dimensione-dipendenti unici, nanostructures sono di importanza immensa per i sensori, gli apparecchi medici, i catalizzatori, il photovoltaics e i nanodevices chimici e biologici.1-5 Una vasta gamma di scelte materiali accoppiate con differenti strategie sintetiche provocano le versioni morfologiche differenti quali le pellicole sottili del disgaggio di nanometro, i nanowires, i nanotubes, i nanobelts, le nanoparticelle e le strutture nanoporous.2,5,6

I Numerosi metodi per sintetizzare i nanostructures sono stati riferiti compreso, la sintesi chimica, la deposizione galvanica, l'applicazione a spruzzo chimica (CVD), la sintesi del plasma, la sintesi basata sul laser, l'applicazione a spruzzo fisica (PVD), unire in lega meccanico, metodi microfabbricazione/nani.2,5,6,7 Malgrado parecchi studi, 2,6 la manipolazione della crescita di nanostructure e l'integrazione diretta nelle unità deve ancora essere raggiunta.8-10

Un'Altra sfida è di comunicare la multifunzionalità a questi nanostructures. Verso questa estremità, heterostructuring dei nanostructures combinando due nanostructures dello stesso o dei materiali differenti è di interesse significativo.7 Quindi, la ricerca del Professor Chopra combina la competenza in nano/microfabbricazione, nella crescita di nanostructure, nella chimica dei materiali e nelle tecniche spettroscopiche e di caratterizzazione per sviluppare le eterostrutture novelle del nanoscale. Il fuoco corrente del Professor Chopra è sulle nanoparticelle di sviluppo del metallo incapsulate graphene (la geometria shell/di nucleo) e sulle eterostrutture gerarchiche quali i nanowires ricoperti di nanoparticelle.11-15 In i rapporti recenti, il Professor Chopra ha dimostrato alcune tecniche uniche della crescita per da costruzione tali eterostrutture tramite gli itinerari molto semplici e senza tensioattivo del sintetico. Un Tal approccio li rende disponibili facilmente per le loro applicazioni future.

Graphene Ha Incapsulato le Nanoparticelle dell'Oro

Utilizzando la nostra competenza di progettazione di CVD, il Professor Chopra poteva mettere a punto i metodi di CVD che hanno la capacità per coltivare CNTs, i nanowires, o gli shell del graphene. Un trattamento tipico di CVD impiega un'alimentazione dei precursori chimici che subiscono una reazione alla temperatura elevata per provocare le strutture nane, micro, o macro precipitate.

Per coltivare uno shell del graphene intorno ad una nanoparticella del metallo quale oro (generalmente, considerato come un inerte), il nostro approccio utilizza le schiere modellate delle nanoparticelle dell'oro su una lastra di silicio come catalizzatore per la crescita dello shell del graphene in presenza di una sorgente dell'idrocarburo alle temperature fra 600 - 700 °C.11 Gli shell sviluppati del graphene che incapsulano le nanoparticelle dell'oro sono stati caratterizzati facendo uso di microscopia elettronica di alta risoluzione (Figura 1).11

Figura 1. A) Disegno Schematico delle nanoparticelle dell'oro incapsulate graphene, B) immagini di TEM delle nanoparticelle dell'oro incapsulate in shell del graphene (a, b e c). Immagine Di alta risoluzione (c) gioco interplanar di manifestazioni dello shell del graphene (3,5 A) e della nanoparticella incapsulata dell'oro (2,3 A). La Figura 1B è ristampata (“Adattato„ o “in parte„) con l'autorizzazione di Chopra et al., Chimica dei Materiali, 2009, 21, 1176-1178. Copyright 2009, Società di Prodotto Chimico Americano.

Lo spessore del guscio del graphene in basso quanto ~1 nanometro ed il suo tasso di accrescimento di ~8 nm/h indica il tunability versatile del nostro metodo della crescita di CVD. Rispetto agli approcci precedenti usati per l'incapsulamento delle nanoparticelle dell'oro dentro uno shell del graphene, il nostro approccio novello dimostra che il metodo di CVD può piombo alla crescita evolutiva di tali nanoparticelle shell/di nucleo. Tali nanoparticelle novelle hanno potenziale immenso per il prodotto chimico avanzato e l'analisi biologica e apparecchi medici.

Eterostrutture Gerarchiche

Un approccio interessante recentemente riferito da noi comprende un itinerario termico senza tensioattivo semplice per sviluppare i nanowires di CuO ricoperti di nanoparticelle34 del Coo.13 I Nostri studi fondamentali sul loro sistema cristallino ed interfacce hanno mostrato una relazione interfacciale unica fra i nanowires monoclini di CuO e le nanoparticelle del Coo34 dello spinello, piombo le nanoparticelle per disperdere costante sui nanowires.

Il Professor Chopra egualmente ha svolto uno studio completo pertinente all'evoluzione morfologica delle nanoparticelle34 del Coo sui nanowires di CuO. Questa parte dello studio considera unicamente la termodinamica del processo di crescita che ha facilitato la migrazione di superficie delle nanoparticelle34 del Coo dalla base dei nanowires sulla loro lunghezza (Figura 2).

Figura 2 Disegno Schematico di A) che illustra la formazione di eterostrutture di nanoparticella34 del nanowire-Coo di CuO. B) Immagine di TEM che mostra le eterostrutture.

Un Tal studio che collega i fenomeni differenti come elencato in figura 2 per lo sviluppo delle eterostrutture gerarchiche è unico. Questi generi di eterostrutture gerarchiche multifunzionali ed a più componenti sono estremamente utili e definitivamente urteranno le nostre vite in molte direzioni dalle automobili al nanoelectronics. La sfida è di catturarli al livello seguente di innovazione, cui stiamo tentando coerente d'ottenere.


Riferimenti

  1. Bruchez M., Moronne, M.; Gin, P.; Weiss, S.; Alivisatos, nanocrystals di A.P. Semiconductor come contrassegni biologici fluorescenti. Scienza 1998, 281, 2013.
  2. Meyyappan, nanotubes di M. Carbon: Scienza ed applicazioni. 2005, LLC della Stampa di CRC, Boca Raton, FL.
  3. Venkatachalam, K.; Arzuaga, X.; Chopra, N.; Gavalas, V.; Xu, J.; Bhattacharya, D.; Hennig, B.; Bachas, declorazione di L.G. Reductive di difenile policlorato (PWB) facendo uso delle nanoparticelle del palladio e valutazione della potenza tossica in celle endoteliali vascolari. Giornale dei Materiali Pericolosi 2008, 159, 483.
  4. Hinds, B.J.; Chopra, N.; Rantell, T.; Andrews, R. Gavalas, V.; Bachas, membrane del nanotube del carbonio multiwalled Aligned di L.G. Scienza 2004, 303, 62.
  5. Chopra, N.; Gavalas, V.G.; Hinds, B.J.; Bachas, nanomaterials unidimensionali di L.G. Functional: Applicazioni nei biosensori del nanoscale. Lettere Analitiche 2007, 40, 2067.
  6. Wang, Z.L. Nanowires e Nanobelts: Materiali, beni ed unità - Nanowires e nanobelts del Volume funzionale II, 2003, Scienze di Springer, New York, NY dei materiali.
  7. Chopra, N. Multifunctional e nanostructures unidimensionali heterostructured a più componenti: avanzamenti nella crescita, nella caratterizzazione e nelle applicazioni, Tecnologia dei Materiali: Materiali Avanzati di Prestazione 2010, 25, 212.
  8. Bohr, scopi della M.T. Nanotechnology e sfide per le applicazioni elettroniche. Transazione di IEEE su Nanotecnologia 2002, 1, 56.
  9. Stupp, S.I.; Braun, manipolazione di P.V. Molecular delle microstrutture: Biomateriali, ceramica e semiconduttori. Scienza 1997, 277, 1242.
  10. Huang, Y.; Lieber, elettronica ed optoelettronica del nanoscale di C.M. Integrated: Scienza e tecnologia d'Esplorazione del nanoscale attraverso i nanowires a semiconduttore. Chimica Pura ed Applicata 2004, 76, 2051.
  11. Chopra, N.; Bachas, L.G.; Knecht, M. Fabrication e Biofunctionalization delle Nanoparticelle Carbonio-Incapsulate dell'Au, Chimica dei Materiali 21, 2009, 1176.
  12. Wu, J.; Chopra, Nanoparticelle dell'Oro di N. Graphene Encapsulated e la loro Caratterizzazione, Transazioni Ceramiche 223, 2010.
  13. Shi W.; Chopra, sintesi Senza tensioattivo del N. delle eterostrutture novelle di nanoparticella dell'ossido del nanowire-cobalto dell'ossido di rame (CuO)34 (Coo) ed il loro controllo morfologico, Giornale di Ricerca 2010 di Nanoparticella, In Stampa.
  14. Chopra, N.; Majumder, M.; Hinds, nanotubes del carbonio di B.J. Bi-functional da protezione del muro laterale. Materiali Funzionali Avanzati 2005, 15, 858.
  15. Chopra, N.; Claypoole, L. Bachas, L.G. Formation dei nanostructures di nucleo/shell di Ni/NiO e del loro collegamento sui nanotubes del carbonio. Gli Atti Tecnici di Nanotech 2009 2009, 1, 187.

Copyright AZoNano.com, il Professor Nitin Chopra (L'Università di Alabama)

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

Last Update: 14. June 2013 04:16

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