Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Nanorods )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Золотые наностержни под электронной микроскопией

В нанотехнологии , наностержня одна морфологии наноразмерных объектов. Каждый из их размеров находится в диапазоне 1–100 нм . Их можно синтезировать из металлов или полупроводниковых материалов. [1] Стандартное соотношение сторон (длина, разделенная на ширину) составляет 3-5. Наностержни получают прямым химическим синтезом . Комбинация лигандов действует как агенты контроля формы и связываются с различными 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 отражательную способность стержней можно изменить, изменив их ориентацию с помощью приложенного электрического поля. Другое приложение - для микроэлектромеханических систем (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 лекарств от 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 использования в качестве устройств для сбора энергии и излучения света. В 2006 году Раманатан и др. продемонстрировал 1 регулируемую фотолюминесценцию от наностержней ZnO, опосредованную электрическим полем, с потенциалом применения в качестве новых источников ближнего ультрафиолетового излучения.

Синтез [ править ]

Датчик газа этанола на основе наностержней ZnO [2]

Наностержни ZnO [ править ]

Наностержень из оксида цинка (ZnO), также известный как нанопроволока , имеет прямую ширину запрещенной зоны 3,37 эВ , которая аналогична таковой у GaN , и имеет энергию связи возбуждения 60 мэВ. Оптическую ширину запрещенной зоны наностержня ZnO можно настроить, изменив морфологию , состав, размер и т. Д. В последние годы наностержни ZnO активно использовались для изготовления электронных устройств нанометрового размера, включая полевой транзистор , ультрафиолетовый фотодетектор , диод Шоттки и ультрафиолетовый свет. яркий светодиод (LED). Были разработаны различные методы изготовления монокристаллическогонаностержни из 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 тело (VLS). В методе термического напыления коммерческий порошок ZnO смешивают с SnO 2.и упаривают, нагревая смесь 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. Также недавно было разработано химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ). 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. [3] Кроме того, наностержни из оксидов металлов (ZnO, CuO, Fe 2 O 3 , V 2 O 5 и др.) Могут быть просто изготовлены путем нагревания исходного металла на воздухе в процессе термического окисления . [4]Например, для изготовления плотного «ковра» из наностержней CuO оказалось достаточно нагреть медную фольгу на воздухе до 420 ° C. Помимо этих производственных схем, наностержни и трубки из ZnO могут быть изготовлены путем сочетания глубокой УФ-литографии, сухого травления и осаждения атомных слоев (ALD). [5] [6]

Золотые наностержни [ править ]

Метод роста, опосредованный семенами, 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 роста получают восстановлением HAuCl 4 с аскорбиновой кислотой в присутствии бромида цетилтриметиламмония (СТАВ) поверхностно -активных ионов и серебра. Более длинные наностержни (до соотношения сторониз 25) может быть получен в отсутствие нитрата серебра с использованием 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 раствор для выращивания, что приводит к получению наностержней с соотношением сторон меньше пяти с выходом более 90%. [7] Серебро с более низким потенциалом восстановления, 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 стержня. Еще один недостаток этого метода - высокая токсичность ЦТАБ. Сообщалось о полимерах, таких как полиэтиленгликоль (PEG), покрытие из гидрохлорида полиаллиламина (PAH) или пищевых волокон, таких как хитозан , для вытеснения CTAB с поверхности наностержня без влияния на стабильность. [8] [9] [10]

Катионный обмен [ править ]

Катионный обмен - традиционный, но многообещающий метод синтеза новых наностержней. Катионообменные превращения в наностержнях кинетически выгодны 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, недоступных при традиционном мокром химическом синтезе. Кроме того, сложность может быть добавлена ​​частичным преобразованием, создавая гетероструктуры из наностержней. [11]

См. Также [ править ]

  • Нанопроволока
  • Nanopillar
  • Агрегированный алмазный наностержень
  • Коллоидное золото
  • нано

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sadri, Rad (15 января 2021). «Управляемые физические свойства и механизм роста наностержней силицида марганца» . Журнал сплавов и соединений . 851 : 156693. дои : 10.1016 / j.jallcom.2020.156693 .
  2. ^ Чжэн, ZQ; и другие. (2015). «Светорегулирующий, гибкий и прозрачный датчик газа этанола на основе наночастиц ZnO для носимых устройств» . Научные отчеты . 5 : 11070. Bibcode : 2015NatSR ... 511070Z . DOI : 10.1038 / srep11070 . PMC 4468465 . PMID 26076705 .  
  3. ^ Гю-Чул Yi, Chunrui Wang & Won Il Park (2005). «Наностержни ZnO: синтез, характеристика и применение». Полупроводниковая наука и технология . 20 (4): S22 – S34. Bibcode : 2005SeScT..20S..22Y . CiteSeerX 10.1.1.453.931 . DOI : 10.1088 / 0268-1242 / 20/4/003 . 
  4. ^ Рачкаускас, Симас; Насибулин, Альберт Г; Цзян, Хуа; Тиан, Инь; Клещ Виктор I; Сайнио, Яни; Образцова Елена Д; Бокова, София Н; Образцов, Александр Н; Кауппинен, Эско I (22 апреля 2009 г.). «Новый метод синтеза нанопроволок из оксидов металлов». Нанотехнологии . 20 (16): 165603. Bibcode : 2009Nanot..20p5603R . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 20/16/165603 . PMID 19420573 . 
  5. ^ Шкондин, Э .; Такаяма, О., Арьяи Панах, Мэн; Лю П., Ларсен П.В.; Mar, MD, Jensen, F .; Лавриненко, А.В. (2017). «Крупномасштабные массивы наностолбиков ZnO, легированных алюминием с высоким аспектным соотношением, в качестве анизотропных метаматериалов» (PDF) . Оптические материалы Экспресс . 7 (5): 1606–1627. DOI : 10.1364 / OME.7.001606 .
  6. ^ Шкондин, Э .; Алимадади, Х., Такаяма, О .; Йенсен, Ф., Лавриненко, А.В. (2020). «Изготовление полых коаксиальных автономных нанотрубок Al2O3 / ZnAl2O4 с высоким аспектным соотношением на основе эффекта Киркендалла». Журнал Vacuum Science & Technology A . 38 (1): 1606–1627. DOI : 10.1116 / 1.5130176 .
  7. ^ Сяохуа Хуан; Светлана Неретина и Мостафа А. Эль-Сайед (2009). «Золотые наностержни: от синтеза и свойств к биологическому и биомедицинскому применению». Современные материалы . 21 (48): 4880–4910. DOI : 10.1002 / adma.200802789 . PMID 25378252 . 
  8. ^ Лу, Джеки; Лау, Пуи-Ман; Конг, Сиу-Кай; Хо, Хо-Пуи; Лу, Джеки Фонг-Чуэн; Лау, Пуи-Ман; Конг, Сиу-Кай; Хо Хо-Пуй (2017-11-22). «Анализ с использованием локализованного поверхностного плазмонного резонанса и золотых наностержней, функционализированных с помощью аптамеров для восприятия цитохрома-c, высвобожденного из апоптотических раковых клеток для определения эффекта противораковых лекарств» . Микромашины . 8 (11): 338. DOI : 10,3390 / mi8110338 . PMC 6190337 . PMID 30400530 .  
  9. ^ Ван, Джиали; Ван, Цзя-Хун; Лю, Тин; Се, Чжисюн; Юй Сюэ-Фэн; Ли, Вэньхуа (22.06.2015). «Химия поверхности, но не соотношение сторон определяет биологическую токсичность золотых наностержней in vitro и in vivo» . Научные отчеты . 5 (1): 11398. Bibcode : 2015NatSR ... 511398W . DOI : 10.1038 / srep11398 . ISSN 2045-2322 . PMC 4476041 . PMID 26096816 .   
  10. ^ Ван, Чун-Хао; Чанг, Чиа-Вэй; Пэн, Цзин-Ань (18 декабря 2010 г.). «Золотой наностержень, стабилизированный тиолированным хитозаном в качестве фототермического поглотителя для лечения раковых клеток». Журнал исследований наночастиц . 13 (7): 2749–2758. Bibcode : 2011JNR .... 13.2749W . DOI : 10.1007 / s11051-010-0162-5 . ISSN 1388-0764 . 
  11. ^ Прашант К. джайнская & Jessy Б. Ривест (2012). «3. Катионный обмен на наномасштабе: новая технология для синтеза новых материалов, изготовления устройств и химического зондирования». Обзоры химического общества . 42 (1): 89–96. DOI : 10.1039 / c2cs35241a . PMID 22968228 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Наностержни показывают отрицательную рефракцию в ближнем ИК-диапазоне (EE Times, 5 декабря 2005 г.)
  • [1] С. Раманатан, С. Патибандла, С. Бандьопадхьяй, Дж. Д. Эдвардс, Дж. Андерсон, J. Mater. Науки: Матер. Электрон 17, 651 (2006)