Related Offers

De Groei en de Synthese van Nanomaterials: Ontwikkeling van de Heterostructuren van Nanoscale van de Volgende Generatie

door Professor Nitin Chopra

Professor Nitin Chopra, Metallurgisch en de Techniek van Materialen, Centrum voor Materialen voor Informatietechnologie (MUNT), de Universiteit van Alabama
Overeenkomstige auteur: nchopra@eng.ua.edu

Ten gevolge van hun diverse functionaliteit, hoge oppervlakte-aan-volume verhouding, en unieke grootte-afhankelijke eigenschappen, zijn nanostructures van immens belang voor chemische en biologische sensoren, medische hulpmiddelen, katalysators, photovoltaics, en nanodevices.1-5 Een brede waaier van materiële die keuzen aan verschillende synthetische strategieën worden gekoppeld resulteert in verschillende morfologische versies zoals de dunne films van de nanometerschaal, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanoparticles, en nanoporous structuren.2,5,6

Talrijke methodes zijn om nanostructures samen te stellen gerapporteerd met inbegrip van, chemische synthese, electrodeposition, chemische dampdeposito (CVD), plasmasynthese, laser-based synthese, fysiek dampdeposito (PVD), het mechanische legeren, nano/microfabricationmethodes.2,5,6,7 Ondanks verscheidene studies, 2,6 moeten de manipulatie van de nanostructuregroei en de directe integratie in apparaten nog worden bereikt.8-10

Een Andere uitdaging is multifunctionality aan deze nanostructures te verlenen. Tegen dit eind, is het heterostructuring van nanostructures door twee nanostructures van zelfde of verschillende materialen te combineren van significant belang.7 Aldus, het onderzoek van Professor Chopra's deskundigheid inzake nano/microfabrication, de nanostructuregroei, materialenchemie, en karakterisering en spectroscopische technieken combineert om nieuwe nanoscaleheterostructuren te ontwikkelen. Is de huidige nadruk van Professor Chopra's bij het ontwikkelen van graphene ingekapseld metaal nanoparticles (een kern/shell meetkunde) en hiërarchische die heterostructuren zoals nanowires met nanoparticles met een laag wordt bedekt.11-15 In heeft de recente rapporten, Professor Chopra sommige unieke de groeitechnieken aangetoond om dergelijke heterostructuren door zeer eenvoudige en capillair-actieve stof-vrije synthetische routes te vervaardigen. Zulk een benadering maakt hen voor hun toekomstige toepassingen dadelijk beschikbaar.

Graphene Ingekapselde Gouden Nanoparticles

Door onze het ontwerpdeskundigheid van CVD te gebruiken, kon Professor Chopra de methodes van CVD ontwikkelen die het vermogen hebben om CNTs, nanowires, of graphene shells te kweken. Een typisch proces van CVD wendt een voer van chemische voorlopers aan die een reactie bij op hoge temperatuur ondergaan om in gestorte nano, een micro, of macrostructuren te resulteren.

die grapheneshell rond een metaal nanoparticle zoals goud (over het algemeen, als inert wordt beschouwd) te kweken, gebruikt onze benadering gevormde series van goud nanoparticles op een siliciumwafeltje als katalysator voor de groei van grapheneshell in aanwezigheid van een koolwaterstofbron bij temperaturen tussen 600 - 700 °C.11 Gekweekte graphene shells die goud inkapselen werden nanoparticles gekenmerkt gebruikend hoge resolutieelektronenmicroscopie (Figuur 1).11

Figuur 1. A) Schema van graphene ingekapseld die goud nanoparticles de beelden TEM, van B) van goud nanoparticles in grapheneshells wordt ingekapseld (a, B, en c). Het Hoge resolutiebeeld (c) toont het interplanar uit elkaar plaatsen van grapheneshell (3.5 A) en ingekapseld goud nanoparticle (2.3 A). De Figuur 1B wordt herdrukt („Aangepast“ of „voor een deel“) met toestemming van Chopra et al., Chemie van Materialen, 2009, 21, 1176-1178. Copyright 2009, de Amerikaanse Chemische Maatschappij.

De grapheneshell dikte zo laag zoals ~1 NM en zijn groeipercentage van ~8 nm/h wijst op veelzijdige tunability van onze de groeimethode van CVD. In vergelijking tot vorige die benaderingen voor het inkapselen van goud nanoparticles binnen grapheneshell worden gebruikt, toont onze nieuwe benadering aan dat de methode van CVD tot scalable groei van dergelijke kern/shell kan leiden nanoparticles. Dergelijke nieuwe nanoparticles hebben immens potentieel voor geavanceerde chemische en biologische analyse en medische hulpmiddelen.

Hiërarchische Heterostructuren

Een interessante die benadering onlangs door ons wordt gemeld impliceert een eenvoudige capillair-actieve stof-vrije thermische route die CuO nanowires te ontwikkelen met CoO met een laag wordt bedekt34 nanoparticles.13 Onze fundamentele studies van hun kristalstructuur en interfaces toonden een uniek verband tussen twee raakvlakken tussen monocliene CuO nanowires en spinel CoO34 nanoparticles, ertoe brengend nanoparticles om uniform op nanowires te verspreiden.

Professor Chopra voerde ook een uitvoerige studie betreffende de morfologische evolutie van CoO34 nanoparticles op CuO uit nanowires. Dit deel van de studie overweegt uniek thermodynamica van het de groeiproces dat de oppervlaktemigratie van CoO nanoparticles34 van basis van nanowires langs hun lengte vergemakkelijkte (Figuur 2).

Figuur het Schema die 2 van A) de vorming van CuO nanowire-CoO nanoparticle34 heterostructuren illustreren. B) beeld TEM die de heterostructuren tonen.

Zulk een studie die verschillende fenomenen met elkaar in verband brengen zoals die in figuur 2 voor de ontwikkeling van hiërarchische heterostructuren worden vermeld is uniek. Deze soorten multifunctionele en met meerdere componenten hiërarchische heterostructuren zijn uiterst nuttig en zullen in menig opzicht ons leven van auto's aan nanoelectronics absoluut beïnvloeden. De uitdaging is hen op het volgende niveau van innovatie te nemen, wij waarconstant voor streven.


Verwijzingen

  1. Bruchez M., Moronne, M.; Jenever, P.; Weiss, S.; Alivisatos, nanocrystals van A.P. Semiconductor als fluorescente biologische etiketten. Wetenschap 1998, 281, 2013.
  2. Meyyappan, M. Carbon nanotubes: Wetenschap en toepassingen. 2005, CRC Pers LLC, Boca Raton, FL.
  3. Venkatachalam, K.; Arzuaga, X.; Chopra, N.; Gavalas, V.; Xu, J.; Bhattacharya, D.; Hennig, B.; Bachas, L.G. Reducerende dechlorering die van polychlorinated biphenyl (PCB) palladium nanoparticles en beoordeling van de giftige kracht in vasculaire endothelial cellen gebruiken. Dagboek van Gevaarlijke Materialen 2008, 159, 483.
  4. Hinds, B.J.; Chopra, N.; Rantell, T.; Andrews, R. Gavalas, V.; Bachas, L.G. Gericht multiwalled koolstof nanotube membranen. Wetenschap 2004, 303, 62.
  5. Chopra, N.; Gavalas, V.G.; Hinds, B.J.; Bachas, Functional ééndimensionale nanomaterials van L.G.: Toepassingen in nanoscalebiosensors. Analytische Brieven 2007, 40, 2067.
  6. Wang, Z.L. Nanowires en Nanobelts: Materialen, eigenschappen en apparaten - Nanowires en nanobelts van functioneel materialenVolume II, 2003, de Wetenschappen van de Aanzetsteen, New York, NY.
  7. Chopra, N. Multifunctional en met meerdere componenten heterostructured ééndimensionale nanostructures: vooruitgang in de groei, karakterisering, en toepassingen, de Technologie van Materialen: De Geavanceerde Materialen 2010, 25, 212 van Prestaties.
  8. Bohr, de doelstellingen van de Nanotechnologie van T.A. en uitdagingen voor elektronische toepassingen. De Transactie van IEEE op Nanotechnologie 2002, 1, 56.
  9. Stupp, S.I.; Braun, de Molecular manipulatie van P.V. van microstructuren: Biologisch Materialen, keramiek, en halfgeleiders. Wetenschap 1997, 277, 1242.
  10. Huang, Y.; Lieber, de elektronika en de opto-elektronica van C.M. Integrated nanoscale: Het Onderzoeken van nanoscale wetenschap en technologie door halfgeleider nanowires. Zuivere en Toegepaste Chemie 2004, 76, 2051.
  11. Chopra, N.; Bachas, L.G.; Knecht, M. Fabrication en Biofunctionalization van koolstof-Ingekapseld Au Nanoparticles, Chemie van Materialen 21, 2009, 1176.
  12. Wu, J.; Chopra, N. Graphene Encapsulated Gouden Nanoparticles en hun Karakterisering, Ceramische Transacties 223, 2010.
  13. Shi W.; Chopra, de synthese van N. Surfactant-free van de nieuwe van het het nanowire-kobaltoxyde van het koperoxyde (CuO heterostructuren) (34CoO) nanoparticle en hun morfologische controle, Dagboek van Nanoparticle Onderzoek 2010, Naar pers.
  14. Chopra, N.; Majumder, M.; Hinds, B.J. Bi-functional koolstof nanotubes door zijwandbescherming. Geavanceerde Functionele Materialen 2005, 15, 858.
  15. Chopra, N.; Claypoole, L. Bachas, L.G. Formation kern Ni/NiO/shell nanostructures en hun gehechtheid op koolstof nanotubes. Technische Werkzaamheden van 2009 Nanotech 2009, 1, 187.

Copyright AZoNano.com, Professor Nitin Chopra (de Universiteit van Alabama)

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

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