Nanomaterials 增長和綜合: 下一代 Nanoscale 異質結構的發展

由 Nitin Chopra 教授

Nitin Chopra,冶金和材料教授設計,材料信息技術的 (薄菏)阿拉巴馬的大學中心
對應的作者: nchopra@eng.ua.edu

由於他們不同的功能,高表面對數量比例和唯一範圍從屬的屬性, nanostructures 是化工和生物傳感器、醫療設備、催化劑、 photovoltaics 和 nanodevices 的巨大重要。1-5 各種各樣的材料選擇加上不同的綜合方法導致不同的形態版本例如毫微米縮放比例薄膜、 nanowires、 nanotubes、 nanobelts、 nanoparticles 和 nanoporous 結構。2,5,6

綜合 nanostructures 的許多方法報告了包括,化工綜合,電附著,化學氣相沉積 (CVD),等離子綜合,基於激光的綜合,實際蒸氣噴鍍 (PVD),機械熔合,納諾/microfabrication 方法。2,5,6,7 竟管幾個研究,2,6 nanostructure 增長處理和直接綜合化到設備裡将達到。8-10

另一個挑戰是給予奪冠對這些 nanostructures。 往這個末端, heterostructuring nanostructures 通過結合同樣或不同的材料二 nanostructures 是重大的利益。7 因此, Chopra 教授的研究結合在納諾/microfabrication、 nanostructure 增長、材料化學和描述特性和分光鏡技術上的專門技術開發新穎的 nanoscale 異質結構。 Chopra 教授的當前重點在開發的 graphene 被濃縮的金屬 nanoparticles (核心/殼幾何) 和分層結構異質結構例如用 nanoparticles 塗的 nanowires。11-15 在最近報表, Chopra 教授通過非常簡單和表面活化劑自由的綜合途徑展示了製造這樣異質結構的一些唯一增長技術。 這樣途徑使他們可用對他們將來的應用。

Graphene 濃縮了金子 Nanoparticles

通過使用我們的 CVD 設計專門技術, Chopra 教授能開發有生長這個的功能 CNTs、 nanowires 或者 graphene 殼的 CVD 方法。 一個典型的 CVD 進程使用經過回應的化工前體傳遞在高溫導致一個被沉澱的納諾,微或者宏觀結構。

為了在一金屬納米顆粒附近生長 graphene 殼例如金子 (一般,考慮作為惰性),我們的途徑在硅片使用被仿造的一些金 nanoparticles 作為催化劑為 graphene 殼增長在碳氫化合物來源面前在 600 个 - 700 个 °C. 之間的溫度。11 使用高分辨率電子顯微鏡術 (圖 1),濃縮金 nanoparticles 的增長的 graphene 殼被分析了。11

圖 1. A) graphene 被濃縮的金 nanoparticles 概要, B) 金 nanoparticles 的 TEM 圖像在 graphene 殼濃縮的 (a, b 和 c)。 高分辨率圖像 (c) 顯示 graphene 殼 (3.5 A) 和被濃縮的金納米顆粒 (2.3 A) interplanar 間隔。 圖 1B 經等 Chopra 同意重印 (「適應」或 「一部分」),材料化學, 2009年, 21日 1176-1178。 版權 2009年,美國化學會。

graphene 殼厚度低到 ~1 毫微米和 ~8 个 nm/h 其增長率指示我們的 CVD 增長方法的多才多藝的 tunability。 與為濃縮在 graphene 殼裡面的金 nanoparticles 使用的早先途徑比較,我們的新方法顯示出, CVD 方法可能導致可升級的增長的這樣核心/殼 nanoparticles。 這樣新穎的 nanoparticles 有在先進的化學製品和生物分析和醫療設備的巨大潛在。

分層結構異質結構

我們最近報告的一個有趣途徑介入一個簡單的表面活化劑自由的熱量途徑開發用咕咕聲 nanoparticles 塗的 CuO34 nanowires。13 我們的他們的晶體結構和界面的根本研究在 nanowires 顯示了兩性花 CuO nanowires 和尖晶石咕咕聲 nanoparticles 之間的34 一個唯一界面的關係,導致 nanoparticles 統一分散。

Chopra 教授也進行了一個全面研究關於咕咕聲 nanoparticles 的形態演變34 在 CuO nanowires 的。 這個研究的這部分唯一地考慮實現咕咕聲 nanoparticles 表面遷移從 nanowires 基礎的34 沿他們的長度增長進程的熱力學 (圖 2) 的。

圖 2 A) 說明 CuO nanowire 咕咕聲納米顆粒異質結構的形成的34 概要。 B) 顯示異質結構的 TEM 圖像。

涉及不同的現象的這樣研究如在分層結構異質結構的發展的圖 2 列出是唯一的。 這些种多功能和多成分的分層結構異質結構是非常有用的,并且在許多方面明確地影響我們的壽命從汽車到 nanoelectronics。 這個挑戰是採取他們對創新的下個級別,我們一貫地力爭。


參考

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版權 AZoNano.com, Nitin Chopra (阿拉巴馬的大學教授)

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

Last Update: 14. June 2013 03:58

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