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Nanomaterials の成長および統合: 次世代の Nanoscale のヘテロ構造の開発

教授によって Nitin Chopra

設計している Nitin Chopra、冶金および材料教授情報技術 (ミント) の材料アラバマの大学のための中心
対応する著者: nchopra@eng.ua.edu

多様な機能性のために、高い表面にボリューム比率および一義的なサイズ依存した特性、 nanostructures は化学および生物的センサー、医療機器、触媒、 photovoltaics および nanodevices のための広大な重要性をもちます。1-5 異なった総合的な作戦とつながれるナノメーターのスケールの薄膜、 nanowires、 nanotubes、 nanobelts、 nanoparticles および nanoporous 構造のような異なった形態学上バージョンで材料の選定の広い範囲は起因します。2,5,6

nanostructures を総合する多数の方法はを含んで、化学統合、電着、化学気相堆積、 (CVD)血しょう統合、レーザーベースの統合、物理的な蒸気沈殿、 (PVD)機械に合金になることの nano/microfabrication 方法報告されました。2,5,6,7 複数の調査にもかかわらず、2,6 装置への nanostructure の成長の処理そして直接統合はまだ達成されるべきです。8-10

もう一つの挑戦はこれらの nanostructures へ multifunctionality を与えることです。 一方の端の方に、同じまたは異なった材料の 2 nanostructures の結合による nanostructures の heterostructuring は重要な興味です。7 従って、 Chopra's 教授の研究は新しい nanoscale のヘテロ構造を開発するために nano/microfabrication、 nanostructure の成長、材料化学および性格描写および分光技術の専門知識を結合します。 Chopra 教授の現在の焦点は成長の graphene によってカプセル化される金属の nanoparticles (コア/シェルの幾何学) および nanoparticles が塗られる nanowires のような階層的なヘテロ構造にあります。11-15 では最近のレポート、 Chopra 教授は非常に簡単な、界面活性剤なしの合成物質のルートを通してそのようなヘテロ構造を製造するためのある一義的な成長の技術を示しました。 そのようなアプローチはそれらを未来のアプリケーションにすぐに利用できるようにします。

Graphene は金 Nanoparticles をカプセル化しました

私達の CVD デザイン専門知識の利用によって、 Chopra 教授は CNTs、 nanowires、または graphene のシェルを育てる機能がある CVD 方法を開発できました。 典型的な CVD プロセスは沈殿させた nano、マイクロかまたはマクロ構造で起因するために高温で反作用を経る化学前駆物質の供給を用います。

金のような金属の nanoparticle のまわりで graphene のシェルを育てるためには (一般に、不活性として考慮されて)、私達のアプローチは 600 - 700 °C. 間の温度で炭化水素ソースの前で graphene のシェルの成長のために触媒としてシリコンの薄片で金の nanoparticles の模造されたアレイを利用します。11 金の nanoparticles をカプセル化する育てられた graphene のシェルは高リゾリューションの電子顕微鏡検査 (図 1) を使用して特徴付けられました。11

graphene によってカプセル化される金の nanoparticles の図 1. A) 設計図、 B) graphene のシェル (a、 b カプセル化される金の nanoparticles の TEM の画像および c) で。 高リゾリューションの画像 (c) は graphene のシェル (3.5 A) およびカプセル化された金のの interplanar 間隔を nanoparticle (A) 2.3 示します。 図 1B は Chopra からの許可と (または 「一部」には 「適応させて」)、材料の化学、 2009 年、 21 1176-1178 等再版されます。 版権 2009 年のアメリカ化学会。

graphene のシェル厚さは ~1 nm および ~8 nm/h の成長率低く私達の CVD の成長方法の多目的な tunability を明記します。 graphene のシェルの中の金の nanoparticles をカプセル化するために使用される前のアプローチと比べて私達の目新しい取り組み方は CVD 方法がそのようなコア/シェルの nanoparticles のスケーラブル成長の原因となる場合があることを示します。 そのような新しい nanoparticles に高度の化学薬品および生物的分析および医療機器のための広大な潜在性があります。

階層的なヘテロ構造

最近私達報告する興味深いアプローチは鳴き声の nanoparticles が塗られる CuO の nanowires を開発するために簡単な界面活性剤なしの熱ルートを34 含みます。13 結晶構造およびインターフェイスの私達の基本的な調査は均一に nanowires で分散するために nanoparticles を導く CuO の単斜晶系 nanowires と34 スピネル鳴き声の nanoparticles 間の一義的な界面関係を示しました。

Chopra 教授はまた CuO の nanowires の鳴き声の nanoparticles の形態学上の改革に関して34 広範囲の調査を行いました。 調査のこの部分は一義的に長さ (図 2) に沿う nanowires のベースからの鳴き声の nanoparticles34 の表面の移行を促進した成長プロセスの熱力学を考慮します。

CuO の nanowire 鳴き声の nanoparticle のヘテロ構造の形成を説明する図 234 A) 設計図。 B) ヘテロ構造を示す TEM の画像。

階層的なヘテロ構造の開発のための図 2 でリストされているように異なった現象を関連付けるそのような調査は一義的です。 これらの種類の多機能および多成分階層的なヘテロ構造は非常に役立ち、確定的に自動車からの nanoelectronics に多くの方法で私達の生命に影響を与えます。 挑戦は私達が一貫して努力している革新の次のレベルにそれらを持って行くことです。


参照

  1. Bruchez M.、 Moronne、 M.; ジン、 P.; Weiss、 S.; Alivisatos の蛍光生物的ラベルとして A.P. Semiconductor の nanocrystals。 科学 1998 年、 281 2013 年。
  2. Meyyappan の M. Carbon の nanotubes: 科学およびアプリケーション。 2005 年、 CRC の出版物 LLC、 Boca Raton、 FL。
  3. Venkatachalam、 K.; Arzuaga、 X.; Chopra、 N.; Gavalas、 V.; Xu、 J.; Bhattacharya、 D.; Hennig、 B.; パラジウム nanoparticles を使用してポリ塩化ビフェニール (PCB) の Bachas、 L.G. Reductive の脱塩素および管の endothelial セルの有毒な潜在的能力の査定。 危険物のジャーナル 2008 年、 159、 483。
  4. Hinds、 B.J.; Chopra、 N.; Rantell、 T.; アンドリュース、 R. Gavalas、 V.; Bachas の L.G. Aligned multiwalled カーボン nanotube の膜。 科学 2004 年、 303、 62。
  5. Chopra、 N.; Gavalas、 V.G.; Hinds、 B.J.; Bachas の L.G. Functional の 1 次元 nanomaterials: nanoscale のバイオセンサーのアプリケーション。 分析的な文字 2007 年、 40 2067 年。
  6. Wang、 Z.L. Nanowires および Nanobelts: 材料、特性および装置 - 機能材料ボリューム II 2003 年のスプリンガー科学、ニューヨーク、 NY の Nanowires そして nanobelts。
  7. Chopra、 N. Multifunctional および多成分 heterostructured 1 次元 nanostructures: 成長、性格描写およびアプリケーション、材料技術の前進: 高度パフォーマンス材料 2010 年、 25、 212。
  8. 電子アプリケーションのための Bohr、 M.T. Nanotechnology の目的および挑戦。 ナノテクノロジー 2002 年、 1、 56 の IEEE のトランザクション。
  9. Stupp、 S.I.; Braun の微細構造の P.V. Molecular の処理: 生体材料、製陶術および半導体。 科学 1997 年、 277 1242。
  10. 黄、 Y.; Lieber、 C.M. Integrated の nanoscale の電子工学および光電子工学: 半導体の nanowires を通した探索の nanoscale の科学技術。 純粋な、応用化学 2004 年、 76 2051 年。
  11. Chopra、 N.; Bachas、 L.G.; Knecht、 M. Fabrication およびカーボンカプセル化された Au Nanoparticles の材料 21 2009 年 1176 の化学の Biofunctionalization。
  12. ウー、 J.; Chopra、 N. Graphene Encapsulated の金 Nanoparticles および彼らの性格描写、陶磁器のトランザクション 223 2010 年。
  13. Shi W.; 新しい銅酸化物 (CuO) の nanowire コバルトの酸化物 (鳴き声) の nanoparticle のヘテロ構造の Chopra、34 N. の界面活性剤なしの統合および形態学上制御、出版物の Nanoparticle の研究 2010 年のジャーナル。
  14. Chopra、 N.; Majumder、 M.; Hinds の B.J. サイドウォールの保護による Bi 機能カーボン nanotubes。 高度の機能材料 2005 年、 15、 858。
  15. Chopra、 N.; Claypoole、 L. Bachas、カーボン nanotubes の Ni/NiO のコア/シェルの nanostructures そして接続機構の L.G. Formation。 2009 年の Nanotech の技術的な進行 2009 年、 1、 187。

、版権 AZoNano.com Nitin Chopra (アラバマの大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 04:20

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