Рост и Синтез Nanomaterials: Развитие Гетероструктур Nanoscale Следующего Поколени

Профессором Nitin Chopra

Профессор Nitin Chopra, Металлургическо и Материалы Проектируя, Центр для Материалов для Информационной Технологии (МЯТЫ), Университета Алабамы
Соответствуя автор: nchopra@eng.ua.edu

Вследствие их разнообразной функциональности, высокий коэффициент поверхност-к-тома, и уникально размер-зависимые свойства, nanostructures большой важности для химических и биологических датчиков, медицинских служб, катализаторов, photovoltaics, и nanodevices.1-5 Широкий диапазон материальных выборов соединенных с различными синтетическими стратегиями приводит к в различных морфологических версиях как фильмы маштаба нанометра тонкие, nanowires, nanotubes, nanobelts, nanoparticles, и nanoporous структуры.2,5,6

Многочисленние методы для того чтобы синтезировать nanostructures были сообщены включая, химический синтез, электросаждение, низложение химического пара (CVD), синтез плазмы, лазер-основанный синтез, физическое низложение пара (PVD), механически сплавлять, методы nano/microfabrication.2,5,6,7 Несмотря на несколько изучений, 2,6 манипуляция роста nanostructure и сразу внедрение в приборы пока быть достиганным.8-10

Другая возможность impart multifunctionality к этим nanostructures. К этому концу, heterostructuring nanostructures путем совмещать 2 nanostructures такого же или различных материалов значительно интереса.7 Таким Образом, исследование Профессора Chopra's совмещает экспертизу в nano/microfabrication, росте nanostructure, химии материалов, и методах характеризации и спектроскопических для того чтобы начать романные гетероструктуры nanoscale. Фокус Профессора Chopra настоящий на превращаясь помещенных graphene nanoparticles металла (геометрия сердечника/раковины) и иерархических гетероструктурах как nanowires покрынные с nanoparticles.11-15 В недавние рапорты, Профессор Chopra продемонстрировали некоторые уникально методы роста для изготовлять такие гетероструктуры через очень простые и сурфактант-свободные трассы синтетики. Такой подход делает их охотно - доступной для их будущих применений.

Graphene Поместило Золото Nanoparticles

Путем использовать нашу экспертизу конструкции CVD, Профессор Chopra мог начать методы CVD которые имеют возможность для того чтобы вырасти CNTs, nanowires, или раковины graphene. Типичный процесс CVD использует питание химических прекурсоров проходя реакцию на high-temperature для того чтобы привести к в осажденных структурах nano, микро-, или макроса.

Для того чтобы вырасти раковина graphene вокруг nanoparticle металла как золото (вообще, рассмотрено как инертная), наш подход использует сделанные по образцу блоки nanoparticles золота на вафле кремния как катализатор для роста раковины graphene в присутствии к источнику углерода на температурах между 600 до 700 °C.11 , котор росли раковины graphene помещая nanoparticles золота были охарактеризованы используя высокую электронную микроскопию разрешения (Диаграмму 1).11

Диаграмма 1. A) Схема помещенных graphene nanoparticles золота, изображения B) TEM nanoparticles золота помещенных в раковины graphene (a, b, и c). Высокое изображение разрешения (c) показывает interplanar дистанционирование раковины graphene (3,5 A) и помещенного nanoparticle золота (2,3 A). Диаграмма 1B перепечатана («Приспособлено» или «в части») с позволением от Chopra et al., Химии Материалов, 2009, 21, 1176-1178. Авторское Право 2009, Общество Американского Химиката.

Толщина раковины graphene как низко как ~1 nm и свои темпы роста ~8 nm/h показывает разностороннее tunability нашего метода роста CVD. По сравнению с предыдущими подходами используемыми для помещать nanoparticles золота внутри раковины graphene, наш романный подход демонстрирует что метод CVD может вести к масштабируемый росту таких nanoparticles сердечника/раковины. Такие романные nanoparticles имеют большой потенциал для предварительного химиката и биологического анализа и медицинских служб.

Иерархические Гетероструктуры

Интересный подход недавно сообщенный нами включает простую сурфактант-свободную термальную трассу для того чтобы начать nanowires CuO покрынные с nanoparticles34 CoO.13 Наши основные изучения их кристаллической структуры и интерфейсов показали уникально interfacial отношение между моноклинными nanowires CuO и шпинелевыми nanoparticles34 CoO, водя nanoparticles равномерно для того чтобы разметать на nanowires.

Профессор Chopra также выполнил всестороннее комплексное изучение вследствие морфологическего развития nanoparticles34 CoO на nanowires CuO. Эта часть изучения уникально рассматривает термодинамику процесса роста который облегчил поверхностное переселение nanoparticles34 CoO от основания nanowires вдоль их длины (Диаграммы 2).

Диаграмма 2 Схема A) иллюстрируя образование гетероструктур nanoparticle34 nanowire-CoO CuO. B) Изображение TEM показывая гетероструктуры.

Такое изучение относя различные явления как перечислено в диаграммой 2 для развития иерархических гетероструктур уникально. Эти виды многофункциональных и поликомпонентных иерархических гетероструктур весьма полезны и определенно плотно сожмут наши жизни в много путей от автомобилей к nanoelectronics. Возможность принять их к следующему уровню рационализаторства, которого мы последовательно стремимся для.


Справки

  1. Bruchez M., Moronne, M.; Джин, P.; Weiss, S.; Alivisatos, nanocrystals A.P. Полупроводника как дневные биологические ярлыки. Наука 1998, 281, 2013.
  2. Meyyappan, nanotubes M. Углерода: Наука и применения. 2005, LLC Давления CRC, Бока-Ратон, FL.
  3. Venkatachalam, K.; Arzuaga, X.; Chopra, N.; Gavalas, V.; Xu, J.; Bhattacharya, D.; Hennig, B.; Bachas, дехлорирование L.G. Reductive polychlorinated бифенила (PCB) используя nanoparticles палладиума и оценка токсической мощи в васкулярных эндотелиальных клетках. Журнал Опасных Материалов 2008, 159, 483.
  4. Hinds, B.J.; Chopra, N.; Rantell, T.; Andrews, R. Gavalas, V.; Bachas, мембраны nanotube углерода L.G. Aligned multiwalled. Наука 2004, 303, 62.
  5. Chopra, N.; Gavalas, G.V.; Hinds, J.B.; Bachas, nanomaterials L.G. Функциональн одноразмерные: Применения в биосенсорах nanoscale. Аналитически Письма 2007, 40, 2067.
  6. Wang, Z.L. Nanowires и Nanobelts: Материалы, свойства и приборы - Nanowires и nanobelts функционального Тома II материалов, 2003, Науки Спрингера, Нью Йорк, NY.
  7. Chopra, N. Многофункциональн и поликомпонентные heterostructured одноразмерные nanostructures: выдвижения в рост, характеризацию, и применения, Технологию Материалов: Предварительные Материалы Представления 2010, 25, 212.
  8. Bohr, цели M.T. Нанотехнологии и возможности для электронных применений. Трудыы IEEE на Нанотехнологии 2002, 1, 56.
  9. Stupp, S.I.; Braun, манипуляция P.V. Молекулярн микроструктур: Биоматериалы, керамика, и полупроводники. Наука 1997, 277, 1242.
  10. Huang, Y.; Lieber, электроника и оптическая электроника nanoscale C.M. Интегрированн: Исследуя наука и техника nanoscale через nanowires полупроводника. Чисто и Прикладные Химии 2004, 76, 2051.
  11. Chopra, N.; Bachas, G.L.; Knecht, M. Изготовление и Biofunctionalization Углерод-Помещенного Au Nanoparticles, Химии Материалов 21, 2009, 1176.
  12. Wu, J.; Chopra, Золото Nanoparticles N. Graphene Encapsulated и их Характеризация, Керамические Трудыы 223, 2010.
  13. W. Shi; Chopra, синтез N. Сурфактант-Свободный романных гетероструктур nanoparticle окиси nanowire-кобальта медной окиси (CuO)34 (CoO) и их морфологическее управление, Журнал Исследования 2010 Nanoparticle, В давлении.
  14. Chopra, N.; Majumder, M.; Hinds, nanotubes углерода B.J. Bi-Функциональные предохранением от стенки. Предварительные Функциональные Материалы 2005, 15, 858.
  15. Chopra, N.; Claypoole, L. Bachas, L.G. Образование nanostructures сердечника/раковины Ni/NiO и их приложения на nanotubes углерода. Технические Продолжения Nanotech 2009 2009, 1, 187.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Nitin Chopra (Университет Алабамы)

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

Last Update: 14. June 2013 04:41

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