Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Часть цикла статей о
Наноэлектроника
Одномолекулярная электроника
Твердотельная наноэлектроника
Связанные подходы

Молекулярные провода (или иногда называемые молекулярными нанопроволочками) - это молекулярные цепи, которые проводят электрический ток. Они являются предлагаемыми строительными блоками для молекулярных электронных устройств. Их типичный диаметр составляет менее трех нанометров, а длина может быть макроскопической, достигая сантиметров и более.

Примеры [ править ]

Большинство типов молекулярных проводов происходят из органических молекул. Одна встречающаяся в природе молекулярная проволока - это ДНК . Известные неорганические примеры включают полимерные материалы, такие как Li 2 Mo 6 Se 6 [1] и Mo 6 S 9 − x I x , [2] [3] [4] [Pd 4 (CO) 4 (OAc) 4 Pd (acac ) 2 ], [5] и одномолекулярные протяженные цепочки атомов металлов (EMAC), которые содержат цепочки атомов переходных металлов, непосредственно связанных друг с другом. [6]Молекулярные нити, содержащие парамагнитные неорганические фрагменты, могут иметь пики Кондо .

Структура молекулярной проволоки Mo 6 S 9 − x I x . Атомы Mo - синие, атомы йода - красные, а атомы серы - желтые.

Проводимость электронов [ править ]

Молекулярные провода проводят электричество. Обычно они имеют нелинейные вольт-амперные характеристики и не ведут себя как простые омические проводники. Проводимость следует типичному поведению по степенному закону в зависимости от температуры или электрического поля, в зависимости от того, что больше, что обусловлено их сильным одномерным характером. Многочисленные теоретические идеи использовались в попытке понять проводимость одномерных систем, где сильные взаимодействия между электронами приводят к отклонениям от нормального металлического ( ферми-жидкостного ) поведения. Важные концепции были введены Томонагой , Латтингером и Вигнером . Эффекты, вызванные классическим кулоновским отталкиванием (так называемая кулоновская блокада), взаимодействие с колебательными степенями свободы (называемыми фононами ) и квантовая декогеренция [7] также оказались важными для определения свойств молекулярных проволок.

Синтез [ править ]

Были разработаны методы синтеза различных типов молекулярных проводов (например, органических молекулярных проводов и неорганических молекулярных проводов). [8] Основной принцип - собрать повторяющиеся модули. Органические молекулярные проволоки обычно синтезируют с помощью реакций кросс-сочетания, опосредованных переходными металлами .

Органические молекулярные провода [ править ]

Органические молекулярные нити обычно состоят из ароматических колец, соединенных этиленовой или ацетиленовой группами. Опосредованные переходными металлами реакции кросс-сочетания используются для соединения простых строительных блоков вместе конвергентным образом для создания органических молекулярных проводов. Например, простая молекулярная проволока олиго (фениленэтилнилен) типа (B) была синтезирована, исходя из легкодоступного 1-бром-4-иодбензола (A). [9] Конечный продукт был получен посредством нескольких стадий реакций сочетания Соногашира .

Синтез простой органической молекулярной проволоки.

Другие органические молекулярные нити включают углеродные нанотрубки и ДНК . Углеродные нанотрубки можно синтезировать с помощью различных нанотехнологических подходов. ДНК можно получить либо путем поэтапного синтеза ДНК на твердой фазе, либо путем репликации внутри клеток, катализируемой ДНК-полимеразой.

Неорганические молекулярные провода [ править ]

Один класс неорганических молекулярных проводов состоит из субъединиц, относящихся к кластерам Шевреля . Синтез Mo 6 S 9-x I x проводили в запаянной и вакуумированной кварцевой ампуле при 1343 К. В Mo 6 S 9 − x I x повторяющиеся единицы представляют собой кластеры Mo 6 S 9 − x I x , которые соединены друг с другом. вместе гибкими серными или йодными мостиками. [10]

Цепи можно также производить из металлоорганических прекурсоров. [11]

Иллюстрацией подхода координационной химии к молекулярным проводам являются протяженные цепочки атомов металла , например, этот комплекс Ni 9 . [12]

Нанопроволоки в молекулярной электронике [ править ]

Чтобы использовать для соединения молекул, МВ должны самостоятельно собираться по четко определенным маршрутам и формировать между собой надежные электрические контакты. Воспроизводимо самостоятельно собрать сложную схему на основе одиночных молекул. В идеале они должны соединяться с различными материалами, такими как металлические поверхности золота (для связи с внешним миром), биомолекулы (для наносенсоров, наноэлектродов, молекулярных переключателей) и, что наиболее важно, они должны допускать разветвление. Также должны быть доступны соединители заранее определенного диаметра и длины. Они также должны иметь ковалентную связь для обеспечения воспроизводимых транспортных и контактных свойств.

ДНК-подобные молекулы обладают специфическим распознаванием в молекулярном масштабе и могут использоваться в производстве молекулярных каркасов. Были продемонстрированы сложные формы, но, к сожалению, электрически проводящая ДНК с металлическим покрытием слишком толстая для соединения с отдельными молекулами. У ДНК с более тонким покрытием отсутствует электронная связь и она не подходит для соединения компонентов молекулярной электроники.

Некоторые разновидности углеродных нанотрубок (УНТ) являются проводящими, и связность на их концах может быть достигнута путем присоединения соединительных групп. К сожалению, производство УНТ с заранее заданными свойствами в настоящее время невозможно, а функционализированные концы обычно не проводят, что ограничивает их полезность в качестве молекулярных соединителей. Отдельные УНТ можно паять в электронном микроскопе, но контакт не является ковалентным и не может собираться самостоятельно.

Возможные пути построения более крупных функциональных цепей с использованием Mo 6 S 9 − x I x MW были продемонстрированы либо с помощью наночастиц золота в качестве линкеров, либо путем прямого соединения с тиолированными молекулами. Эти два подхода могут привести к различным возможным приложениям. Использование GNP дает возможность разветвления и построения более крупных цепей.

Другое исследование [ править ]

Молекулярные проволоки могут быть включены в полимеры , улучшая их механические и / или проводящие свойства. Улучшение этих свойств зависит от равномерной дисперсии проволок в полимере-хозяине. Провода MoSI изготавливаются из таких композитов, исходя из их превосходной растворимости в полимерной основе по сравнению с другими нанопроводами или нанотрубками. Связки проводов могут использоваться для улучшения трибологических свойств полимеров, а также в исполнительных механизмах и потенциометрах. Недавно было предложено, что скрученные нанопроволоки могут работать как электромеханические наноустройства (или торсионные нановесы ) для измерения сил и крутящих моментов в наномасштабе с большой точностью. [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Тараскон, JM; Халл, ГВт; Дисальво, Ф.Дж. (1984). «Простой синтез псевдоодномерных тройных халькогенидов молибдена M2Mo6X6 (X = Se, Te; M = Li, Na..Cs)». Матер. Res. Бык . 19 (7): 915–924. DOI : 10.1016 / 0025-5408 (84) 90054-0 .
  2. ^ Врбани, Даниэль; Рем Кар, Майя; Йесих, Адольф; Mrzel, Эль; Умек, Полона; Пониквар, Майя; Ян Ар, Бо Тянь; Меден, Антон; Новосел, Барбара; Пейовник, Стане; Вентурини, Питер; Coleman, JC; Михайлови, Драган (2004). «Воздухостойкие монодисперсные нанопроволоки Mo 6 S 3 I 6 ». Нанотехнологии . 15 (5): 635–638. Bibcode : 2004Nanot..15..635V . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 15/5/039 .
  3. Перейти ↑ Perrin, C. & Sergent, M. (1983). «Новое семейство одномерных соединений с октаэдрическими кластерами молибдена: Mo6X8Y2». J. Chem. Res . 5 : 38–39. ISSN 1747-5198 . 
  4. ↑ Д. Михайлович (2009). «Неорганические молекулярные провода: физические и функциональные свойства халькогалогенидных полимеров переходных металлов». Прогресс в материаловедении . 54 (3): 309–350. DOI : 10.1016 / j.pmatsci.2008.09.001 .
  5. ^ Инь, Си; Уоррен, Стивен А .; Пан, Юнг-Тин; Цао, Кай-Чие; Gray, Danielle L .; Бертке, Джеффри; Ян, Хун (2014). «Мотив для бесконечных металлических атомных проводов». Angewandte Chemie International Edition . 53 (51): 14087–14091. DOI : 10.1002 / anie.201408461 . PMID 25319757 . 
  6. ^ Коттон, Ф. Альберт; Мурильо, Карлос А. и Уолтон, Ричард А. (2005). Множественные связи между атомами металлов (3-е изд.). Springer. стр.  669 -706. ISBN 0-387-25829-9.
  7. ^ Каттена, CJ; Бустос-Марун, РА; Паставски, HM (2010). «Решающая роль декогеренции для электронного транспорта в молекулярных проводах: полианилин как тематическое исследование». Physical Review B . 82 (14): 144201. arXiv : 1004.5552 . Bibcode : 2010PhRvB..82n4201C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.82.144201 .
  8. ^ Джеймс, ДК; Тур, JM (2005). «Молекулярные провода». Молекулярные провода и электроника . Темы современной химии. 257 . Берлин: Springer. п. 33–62. DOI : 10.1007 / b136066 .
  9. ^ Тур, JM; и другие. (2001). «Синтез и предварительные испытания молекулярных проводов и устройств». Chem. Евро. Дж . 7 (23): 5118–5134. DOI : 10,1002 / 1521-3765 (20011203) 7:23 <5118 :: помощь-chem5118> 3.0.co; 2-1 . PMID 11775685 . 
  10. ^ Михайлович, Д. (2009). «Неорганические молекулярные провода: физические и функциональные свойства халькогалогенидных полимеров переходных металлов». Прогресс в материаловедении . 54 (3): 309–350. DOI : 10.1016 / j.pmatsci.2008.09.001 .
  11. ^ Ф. Альберт Коттон , Карлос А. Мурильо и Ричард А. Уолтон (ред.), Множественные связи между атомами металлов , 3-е издание, Springer (2005).
  12. ^ Хуа, Шао-Ань; Лю, Исайя Бо-Чун; Гасанов, Хасан; Хуанг, Гин-Чен; Исмаилов Райят Гусейн; Чиу, Цзянь-Лань; Ага, Чен-Ю; Ли, Джин-Сян; Пэн, Ши-Мин (2010). «Исследование электронной связи линейных гептаникелевых и неаникелевых цепных комплексов с использованием двух окислительно-восстановительных групп [Ni2 (napy) 4] 3+». Сделки Дальтона . 39 (16): 3890–6. DOI : 10.1039 / b923125k . PMID 20372713 . 
  13. ^ Гарсия, JC; Хусто, Дж. Ф. (2014). "Скрученные ультратонкие кремниевые нанопроволоки: возможное торсионное электромеханическое наноустройство". Europhys. Lett . 108 (3): 36006. arXiv : 1411.0375 . Bibcode : 2014EL .... 10836006G . DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 108/36006 .

Внешние ссылки [ править ]

  • MSDS сульфида молибдена