Нанород - Nanorod

Золотые наностержни под электронная микроскопия

В нанотехнологии, наностержни являются одной морфологией наноразмерных объектов. Каждый из их размеров варьируется от 1 до 100. нм. Их можно синтезировать из металлов или полупроводниковых материалов.[1] Стандарт соотношение сторон (длина деленная на ширину) 3-5. Наностержни производятся прямым химический синтез. Сочетание лиганды действуют 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 предназначено для микроэлектромеханические системы (МЭМС). 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 использования в качестве устройств для сбора энергии и излучения света. В 2006 году Раманатан и др. продемонстрировал1 Регулируемая фотолюминесценция от наностержней ZnO, опосредованная электрическим полем, с потенциалом применения в качестве новых источников ближнего ультрафиолетового излучения.

Синтез

An этиловый спирт датчик газа, на основе наностержней ZnO[2]

Наностержни ZnO

Оксид цинка (ZnO) наностержень, также известный как нанопроволока, имеет прямой запрещенная энергия из 3,37 эВ, что похоже на GaN, и в нем есть возбуждение энергия связи 60 мэВ. Оптическую ширину запрещенной зоны наностержня ZnO можно настроить путем изменения морфология, состав, размер и т. д. В последние годы наностержни ZnO интенсивно используются для изготовления электронных устройств нанометрового размера, в том числе полевой транзистор, ультрафиолет фотоприемник, Диод Шоттки, и ультра-яркий светодиод (ВЕЛ). Были разработаны различные методы изготовления монокристаллического вюрцит Наностержни ZnO. Среди этих методов наиболее развитым является выращивание из паровой фазы. В типичном процессе роста пары ZnO конденсируются на твердой подложке. Пары ZnO можно получить тремя способами: термическим испарением, химическим восстановлением и Пар-жидкость-твердое тело (VLS) метод. При термическом испарении коммерческий порошок ZnO смешивается 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 газовых смесях, включая пары Zn и смесь CO / CO.2, реагируют на границе раздела катализатор-подложка с последующим зарождением и ростом. Типичные металлические катализаторы включают: золото, медь, никель, и банка. Нанопроволоки ZnO выращиваются на подложке эпитаксиально и собираются в монослойные массивы. Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD ) также был недавно разработан. 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 оксидов металлов (ZnO, CuO, Fe2О3, V2О5, др.) можно просто нагревать исходный металл на воздухе в термическое окисление процесс.[4] 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 из ZnO могут быть изготовлены путем сочетания глубокой УФ литографии, сухого травления и осаждения атомных слоев (ALD).[5][6]

Золотые наностержни

Метод выращивания с помощью семян - наиболее распространенный и достижимый метод синтеза высококачественных золотых наностержней. Типичный протокол роста включает добавление покрытых цитратом золотых наносфер, служащих затравками, к основной массе HAuCl.4 раствор для роста. Ростовой раствор получают путем восстановления HAuCl4 с аскорбиновая кислота в присутствии бромид цетилтриметиламмония (CTAB) поверхностно-активное вещество и ионы серебра. Более длинные наностержни (до соотношение сторон из 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 ростовой раствор, что приводит к получению наностержней с соотношением сторон меньше пяти с выходом более 90%.[7] 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, что позволяет однонаправленный рост и формирование стержня. Еще один недостаток этого метода - высокая токсичность ЦТАБ. Полимеры, такие как Полиэтиленгликоль (ПЭГ), Полиаллиламина гидрохлорид (ПАУ) покрытие или пищевые волокна, такие как хитозан, чтобы вытеснить CTAB с поверхности наностержня, не влияя на стабильность.[8][9][10]

Катионный обмен

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. Кроме того, сложность может быть добавлена ​​частичным преобразованием, создавая гетероструктуры из наностержней.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Садри, Рад (15 января 2021 г.). «Контролируемые физические свойства и механизм роста наностержней силицида марганца». Журнал сплавов и соединений. 851: 156693. Дои:10.1016 / j.jallcom.2020.156693.
  2. ^ Zheng, Z. Q .; и другие. (2015). «Регулирующий свет, гибкий и прозрачный датчик газа этанола на основе наночастиц ZnO для носимых устройств». Научные отчеты. 5: 11070. Bibcode:2015НатСР ... 511070Z. Дои:10.1038 / srep11070. ЧВК  4468465. PMID  26076705.
  3. ^ Гю-Чул Йи, Чунруй Ван и Вон Иль Пак (2005). «Наностержни ZnO: синтез, характеристика и применение». Полупроводниковая наука и технологии. 20 (4): S22 – S34. Bibcode:2005SeScT..20S..22Y. CiteSeerX  10.1.1.453.931. Дои: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:2009Нанот..20п5603Р. Дои:10.1088/0957-4484/20/16/165603. PMID  19420573.
  5. ^ Шкондин, Э .; Такаяма, О., Арьяи Панах, М. Э .; Лю П., Ларсен П. В .; Mar, M. D., 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. Дои:10.1364 / OME.7.001606.
  6. ^ Шкондин, Э .; Алимадади, Х., Такаяма, О .; Йенсен, Ф., Лавриненко, А. В. (2020). «Изготовление полых коаксиальных отдельно стоящих нанотрубок Al2O3 / ZnAl2O4 с высоким аспектным соотношением на основе эффекта Киркендалла». Журнал вакуумной науки и технологий A. 38 (1): 1606–1627. Дои:10.1116/1.5130176.
  7. ^ Сяохуа Хуанг; Светлана Неретина и Мостафа А. Эль-Сайед (2009). «Золотые наностержни: от синтеза и свойств к биологическому и биомедицинскому применению». Передовые материалы. 21 (48): 4880–4910. Дои: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-Пуи (2017-11-22). «Анализ с использованием локализованного поверхностного плазмонного резонанса и золотых наностержней, функционализированных с помощью аптамеров для восприятия цитохрома-с, высвобождаемого из апоптотических раковых клеток, для определения эффекта противораковых лекарств». Микромашины. 8 (11): 338. Дои:10.3390 / mi8110338. ЧВК  6190337. PMID  30400530.
  9. ^ Ван, Джиали; Ван, Цзя-Хун; Лю, Тинг; Се, Чжисюн; Юй Сюэ-Фэн; Ли, Вэньхуа (2015-06-22). «Химия поверхности, но не соотношение сторон опосредует биологическую токсичность золотых наностержней in vitro и in vivo». Научные отчеты. 5 (1): 11398. Bibcode:2015НатСР ... 511398W. Дои:10.1038 / srep11398. ISSN  2045-2322. ЧВК  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 .... 13,2749 Вт. Дои:10.1007 / s11051-010-0162-5. ISSN  1388-0764.
  11. ^ Прашант К. Джайн и Джесси 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. Дои:10.1039 / c2cs35241a. PMID  22968228.

внешняя ссылка