B-c-n Nanotubes, Nanosheets, Nanoribbons, en Verwante Nanostructures

Door Professor Yoke Khin Yap

Professor Yoke Khin Yap, Afdeling van Fysica, de Technologische Universiteit van Michigan, de Zaal van 118 Visser, 1400 Townsend Aandrijving, Houghton, MI 49931, de V.S.
Overeenkomstige auteur: ykyap@mtu.edu

De regeling van koolstofatomen onderscheidt een potloodlood van een dure diamant. In Het Verleden de drie decennia, hebben de nieuwe koolstofmaterialen zoals fullerenes1, koolstof nanotubes (CNTs)2, en graphene3 enorme onderzoekrente aangetrokken en geleid tot twee Nobelprijzen4,5. Meer onlangs, graphene nanoribbons (GNRs)6,7 stijgende aandacht van de onderzoekgemeenschap hebben bereikt.

De Materialen in het systeem van het borium (BN)nitride zijn structureel gelijkaardig aan de koolstofvaste lichamen. Wij hebben hexagonale fase-miljard (h-miljard), kubieke fase-miljard (c-BN), MILJARD nanotubes (BNNTs), MILJARD nanosheets, MILJARD nanoribbons (BNNRs), die aan grafiet, diamanten, CNTs, graphene, en respectievelijk GNRs analoog zijn8-11.

Voor vergelijkingsdoel, worden de atoomstructuren van een CNT en een BNNT, evenals een GNR en een MILJARD nanoribbon getoond in Figuur 1. In feite, is er significante vordering op MILJARD nanomaterials in het verleden de weinig jaren11-14, met inbegrip van de lage temperatuurgroei15,16, de gevormde groei15,17-19, ontdekking van superhydrophopicity van BNNTs20, en de succesvolle groei van MILJARD bladen21.

Figuur 1. Zigzag (10, 0) (a) CNT en (b) BNNT en Zigzag GNR en MILJARD Nanoribbon. De Grijze, rode, en groene gebieden vertegenwoordigen koolstof, borium, en stikstofatomen, respectievelijk.

De Directe groei van BNNRs werd ook gemeld in 2007 en werd tot onlangs verwezen als MILJARD22 nanowires23. Sommige van deze vorderingen worden benadrukt in Figuur 2. Deze MILJARD materialen hebben eigenschappen verschillend van de koolstoftegenhangers. Bijvoorbeeld, is het grafiet een leider terwijl h-miljard een isolatie is. Blijkbaar, zullen MILJARD materialen het gebruik van koolstofvaste lichamen op divers gebied van geavanceerde wetenschap en technologie aanvullen.

Figuur 2. (a) Schema van thermisch chemische dampdeposito (CVD) voor de groei van BNNTs. (b) de beelden van SEM van zoals gekweekte BNNTs en de spectrums van de het verliesspectroscopie van de elektronenenergie (EELS). (c) de beelden van SEM van BNNTs die bij gewenste patronen door katalytisch CVD (CCVD) worden gekweekt. (d) de beelden van TEM van BNNTs. (e) de spectrums die van de Absorptie een bandhiaat ~6eV zonder sub-band absorptieniveaus tonen (1: BNNTs van uitstekende kwaliteit door CCVD, 2: BNNTs die door thermisch CVD, 3 wordt gekweekt: ethylalcohol). (f) de druppeltjes van het Water op films BNNT die superhydrophopic gedrag van verticaal-gerichte BNNTs tonen.

De fusie van koolstof en MILJARD systemen vormt de zogenaamde materialen B-c-n. Nanomaterials binnen nieuwe uitzicht van deze B-c-n de driehoekige streekaanbieding voor materialenonderzoek. Zij omvatten clusters, nanotubes, nanosheets, nanoribbons, en nieuwe nanostructures van koolstof, borium, boriumnitride, koolstofnitride, boriumcarbide, en borium koolstof-nitride. Deze materialen worden ooit „de materialen van de grenskoolstof“ wegens hun flexibiliteit genoemd om diverse covalente banden als die in zuivere koolstofvaste lichamen te vormen24. Figuur 3 vat mogelijke nanomaterials binnen de driehoekige streek B-c-n samen.

Figuur 3. Nanomaterials binnen de driehoekige streek B-c-n.

De Details van deze onderwerpen worden besproken in een recent boek25. Duidelijk, is de capaciteit om bandkruising, moleculaire verpakking, en samenstelling van deze materialen te controleren belangrijk om nieuwe materialen met nieuwe eigenschappen te creëren24. Zij konden misschien voor beschermende deklagen, high-power elektronika, nano-elektronische en nanoscale ontdekkende apparaten nuttig zijn, die onontbeerlijke materialen voor de vordering van wetenschap in eeuw 21st zijn.

Erkenning

Y. erkent K. Yap steunen van de Nationale Toekenning van de CARRIÈRE van de Stichting van de Wetenschap (Toekenning nummer 0447555, Afdeling van het Onderzoek van Materialen), en het Ministerie van de V.S. van Energie, het Bureau van de BasisWetenschappen van de Energie (Verleen Nr. DE-fg02-06ER46294, Afdeling van de Wetenschappen van Materialen en Techniek).


Verwijzingen

  1. H.W. Kroto, J.R. Heath, S.C.O'Brien, R.F. Curl, en R.E. Smalley, „c-60-Buckminsterfullerene,“ Aard (Londen) 318, 162 (1985).
  2. S. Iijima, „Spiraalvormige Microtubules van GrafietKoolstof,“ Aard (Londen) 354, 56 (1991).
  3. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, en A.A. Firsov, het Effect van het „Elektrische Veld in Atomically Dunne Films van de Koolstof,“ Wetenschap 306, 666 (2004).
  4. http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1996/
  5. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/
  6. V. Barone, O. Hod, en G.E. Scuseria, „Elektronische Structuur en Stabiliteit van Semiconducting Graphene Nanoribbons,“ Nano Lett. 6, 2748 (2006).
  7. M.Y. Han, B. Ozyilmaz, Y.B. Zhang, en P. Kim, „de Techniek van band-Gap van de Energie van Graphene Nanoribbons,“ Phys. Toer Lett. 98, 206805 (2007).
  8. Y.K. Yap, „borium-Koolstof Nitride Nanohybrids,“ in Encyclopedie van Nanoscience en Nanotechnologie (Voorwoord door R.E. Smalley), Volume 1, H.S. Nalwa (ED.), Amerikaanse Wetenschappelijke Uitgevers (www.aspbs.com/enn) (2004) blz. 383-394.
  9. C. Hoopt H. Lee, en Y.K. Yap, de „Huidige Status van het Onderzoek van borium-Koolstof Nitride, Dunne Films, en Nanostructures,“ in Hoofdstuk 10 van Diamant en het Verwante Onderzoek van Materialen (de Uitgever van de Wetenschap van de Nova, 2008) pp 277-292 op. (https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=6641)
  10. C.H. Lee, V.K. Kayastha, J. Wang, en Y.K. Yap, „Inleiding aan Materialen B-c-n,“ in Hoofdstuk 1 van B-c-n Nanotubes en Verwante Nanostructures, de Nota's van de Lezing in Wetenschap Nanoscale en Technologie (Aanzetsteen), Volume 6, Juk Khin Yap (ED.) (2009) pp 1-22.
  11. J. Wang, M. Xie, en Y.K. Yap, het „Nitride Nanotubes van het Borium: De Groei en Karakterisering Bij Lage Temperatuur,“ in Encyclopedie van Volume 12, H.S. Nalwa van Nanoscience en van de Nanotechnologie (ED.), Amerikaanse Wetenschappelijke Uitgevers (www.aspbs.com) (2010) pp 97-107.
  12. J. Wang, C.H. Lee, Y. Bando, D. Golberg, en Y.K. Yap, „het Nitride Nanotubes van het Borium Multiwalled: De Groei, Eigenschappen, en toepassingen,“ in Hoofdstuk 2 van B-c-n Nanotubes en Verwante Nanostructures, de Nota's van de Lezing in Wetenschap Nanoscale en Technologie (Aanzetsteen), Volume 6, Juk Khin Yap (ED.) (2009) pp 23-44.
  13. J. Wang, C.H. Lee en Y.K. Yap, „Recente vorderingen in boriumnitride nanotubes,“ Nanoscale 2, 2028 (2010).
  14. D. Golberg, Y. Bando, Y. Huang, T. Terao, M. Mitome, C. Tang en C. Zhi, het „Nitride van het Borium nanotubes en Nanosheets,“ ACS Nano 4, 2979 (2010).
  15. J. Wang, V. Kayastha, Y.K. Yap, Z. Fan, J.G. Lu, Z. Pan, I. Ivanov, A.A. Purezky, D.B. Geohegan, de „Lage temperatuurgroei van boriumnitride nanotubes op substraten,“ Nano Lett. 5, 2528 (2005).
  16. C.H. Lee, J. Wang, V.K. Kayastha, J.Y. Huang, en Y.K. Yap, de „Efficiënte groei van boriumnitride nanotubes door thermisch chemische dampdeposito,“ Nanotechnologie 19, 455605 (2008).
  17. C.H. Lee, M. Xie, V. Kayastha, J. Wang en Y.K. Yap, de „Gevormde Groei van het Nitride Nanotubes van het Borium door het Katalytische Deposito van de Chemische Damp,“ Chem. Mater. 22, 1782 (2010).
  18. C. Sealy, het „Nitride Nanotubes van het Borium die Enkel Als Koolstof Nanotubes wordt Gekweekt,“ Nano Vandaag 5, 80 (2010). http://www.phy.mtu.edu/yap/documents/NanoTodayBNNTs.pdf
  19. M. Goodrich, „Yap: Uitrustend Divas van Nanoworld,“ http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-01/mtu-htd011510.php?loc=interstitialskip
  20. C.H. Lee, J. Drelich, en Y.K. Yap, „Superhydrophobicity van het Nitride Nanotubes van het Borium die op de Substraten van het Silicium wordt Gekweekt,“ Langmuir (brief) 25, 4853 (2009).
  21. L. Lied, L. Ci, H. Lu, P.B. Sorokin, C. Jin, J. Ni, A.G. Kvashnin, D.G. Kvashnin, J. Lou, B.I. Yakobson en P.M. Ajayan, de Groei van de „Grote Schaal en Karakterisering van de Atoom Hexagonale Lagen van het Nitride van het Borium,“ Nano Lett. 10, 3209 (2010).
  22. Y.K. Yap, „Synthese, Karakterisering en Ontdekking van de Materialen van de Koolstof van de Grens,“ in van Materialen Hoogtepunten In Vaste Toestand en van de Chemie FY 2007, NSF. http://www.nsf.gov/mps/dmr/highlights/07highlights/ssmc.jsp
  23. J. Wang, C.H. Lee, V.K. Kayastha en Y.K. Yap, „Eerste Succes in de Synthese van het Nitride Nanotubes van het Borium en Hetero-junctions van het Nitride Nanotubes van het Borium en Koolstof Nanotubes, in Symposium K: Nanotubes en Verwante Nanostructures, de Vergadering van de Daling van de Maatschappij van het Onderzoek van 2009 Materialen, van Nov. 4 30-Dec, in Boston, Document K17.6. http://www.mrs.org/s_mrs/doc.asp?CID=24490&DID=263661
  24. Y.K. Yap (Redacteur), B-c-n Nanotubes en Verwante Nanostructures, de Nota's van de Lezing in Wetenschap Nanoscale en Technologie (Aanzetsteen), Volume 6, (2009). http://www.springer.com/materials/nanotechnology/book/978-1-4419-0085-2
  25. Y.K. Yap, de Nationale Toekenning van de Stichting van de Wetenschap # 0447555, „CARRIÈRE: Synthese, Karakterisering en Ontdekking van de Materialen van de Koolstof van de Grens. http://www.nsf.gov/awardsearch/showAward.do?AwardNumber=0447555

Copyright AZoNano.com, Professor Yoke Khin Yap

Date Added: Apr 20, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:50

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