Войти
Золотые наностержни под электронной микроскопией В нанотехнологии, наностержни одна морфология наноразмерных объектов. Каждый из их размеров находится в диапазоне 1–100 нм. Их можно синтезировать из металлов или полупроводниковых материалов. Стандартное соотношение сторон (длина, разделенная на ширину): 3-5. Наностержни получают прямым химическим синтезом. Комбинация лигандов действует как агенты контроля формы и связываются с разными гранями наностержня с разной прочностью. Это позволяет различным граням наностержня расти с разной скоростью, создавая удлиненный объект.
Одно из возможных применений наностержней - это технологии отображения, поскольку отражательная способность стержней может быть изменена путем изменения их ориентации с помощью приложенного электрического поля. Другое приложение - микроэлектромеханические системы (MEMS). Наностержни, наряду с наночастицами других благородных металлов, также действуют как агностики. Наностержни поглощают в ближнем ИК-диапазоне и выделяют тепло при возбуждении ИК-светом. Это свойство привело к использованию наностержней в качестве средств лечения рака. Наностержни можно конъюгировать с нацеленными на опухоль мотивами и проглатывать. Когда пациент подвергается воздействию инфракрасного света (который проходит через ткани тела), наностержни, избирательно поглощаемые опухолевыми клетками, локально нагреваются, разрушая только злокачественную ткань, оставляя здоровые клетки нетронутыми.
Наностержни на основе полупроводниковых материалов также были исследованы для применения в качестве устройств для сбора энергии и излучения света. В 2006 году Раманатан и др. продемонстрировали регулируемую фотолюминесценцию от наностержней ZnO, опосредованную электрическим полем, с потенциалом применения в качестве новых источников ближнего ультрафиолетового излучения.
Датчик газа этанола на основе наностержней ZnO наностержней оксида цинка (ZnO), также известного как нанопроволока, имеет прямую запрещенную энергию , равную 3,37 эВ, которая аналогична таковой для GaN, и имеет энергию связи возбуждения, равную 60 мэВ. Оптическую ширину запрещенной зоны наностержня ZnO можно настроить путем изменения морфологии, состава, размера и т. Д. В последние годы наностержни ZnO интенсивно используются для изготовления электронных устройств нанометрового размера, включая полевой транзистор, ультрафиолетовый фотоприемник, диод Шоттки и сверхяркий светодиод (LED). Были разработаны различные способы изготовления монокристаллических наностержней вюрцита ZnO. Среди этих методов наиболее развитым является выращивание из паровой фазы. В типичном процессе роста пары ZnO конденсируются на твердой подложке. Пары ZnO могут быть получены тремя способами: термическим испарением, химическим восстановлением и методом пар-жидкость-твердое вещество (VLS). В методе термического испарения коммерческий порошок ZnO смешивают с SnO 2 и выпаривают путем нагревания смеси при повышенной температуре. В методе химического восстановления пары цинка, образующиеся при восстановлении ZnO, переносятся в зону роста с последующим повторным окислением до ZnO. Процесс VLS, первоначально предложенный в 1964 году, является наиболее часто используемым процессом для синтеза монокристаллических наностержней ZnO. В типичном процессе каталитические капли осаждаются на подложке, и газовые смеси, включая пары Zn и смесь CO / CO 2, реагируют на границе раздела катализатор-подложка с последующим зародышеобразованием и ростом. Типичные металлические катализаторы включают золото, медь, никель и олово. Нанопроволоки ZnO выращиваются на подложке эпитаксиально и собираются в монослойные массивы. Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD ) также было недавно разработано. В этом процессе не участвует катализатор, а температура выращивания составляет 400 ~ 500 ° C, то есть значительно более мягкие условия по сравнению с традиционным методом выращивания из паров. Более того, наностержни оксида металла (ZnO, CuO, Fe 2O3, V 2O5и другие) можно просто изготовить путем нагревания исходного металла на воздухе в процессе термического окисления. Например, для создания плотного «ковра» из наностержней CuO оказалось достаточно нагреть медную фольгу на воздухе до 420 ° C. Помимо этих производственных схем, наностержни и трубки ZnO могут быть изготовлены путем сочетания глубокой УФ литографии, сухого травления и осаждения атомных слоев (ALD).
Затравка Метод выращивания является наиболее распространенным и достижимым методом синтеза высококачественных золотых наностержней. Типичный протокол роста включает добавление покрытых цитратом золотых наносфер, служащих затравкой, в основной ростовой раствор HAuCl 4. Раствор для роста получают восстановлением HAuCl 4 с помощью аскорбиновой кислоты в присутствии цетилтриметиламмонийбромида (CTAB) поверхностно-активного вещества и серебра. ионы. Более длинные наностержни (до с соотношением сторон 25) могут быть получены в отсутствие нитрата серебра с помощью трехступенчатой процедуры добавления. В этом протоколе семена последовательно добавляются к раствору для выращивания, чтобы контролировать скорость гетерогенного осаждения и тем самым скорость роста кристаллов.
Недостатком этого метода является формирование золотых наносфер, что требует нетривиального разделения и очистки. В одной из модификаций этого метода цитрат натрия заменен более сильным стабилизатором CTAB в процедурах зародышеобразования и роста. Другим усовершенствованием является введение ионов серебра в ростовой раствор, что приводит к получению наностержней с соотношением сторон меньше пяти с выходом более 90%. Серебро с более низким восстановительным потенциалом, чем золото, может быть восстановлено на поверхности стержней с образованием монослоя путем осаждения с пониженным потенциалом. Здесь осаждение серебра конкурирует с осаждением золота, тем самым замедляя скорость роста определенных граней кристалла, обеспечивая однонаправленный рост и формирование стержней. Еще один недостаток этого метода - высокая токсичность ЦТАБ. Полимеры, такие как полиэтиленгликоль (PEG), покрытие из гидрохлорида полиаллиламина (PAH), или пищевые волокна, такие как хитозан, для вытеснения CTAB из Сообщалось о поверхности наностержней, не влияющей на стабильность.
Катионный обмен - это традиционный, но многообещающий метод синтеза новых наностержней. Катионообменные превращения в наностержнях кинетически благоприятны и часто сохраняют форму. По сравнению с системами объемных кристаллов катионный обмен наностержней происходит в миллион раз быстрее из-за большой площади поверхности. Существующие наностержни служат в качестве шаблонов для изготовления множества наностержней, которые недоступны при традиционном влажном химическом синтезе. Более того, сложность может быть добавлена частичным преобразованием, создавая гетероструктуры из наностержней.
Научный портал 
Технологический портал 