Nanorod
Inom nanoteknik är nanorods en morfologi av objekt i nanoskala . Var och en av deras dimensioner sträcker sig från 1–100 nm . De kan syntetiseras från metaller eller halvledande material. Standardbildförhållanden (längd dividerad med bredd) är 3-5 . Nanorods produceras genom direkt kemisk syntes . En kombination av ligander fungerar som formkontrollmedel och binder till olika aspekter av nanorod med olika styrkor. Detta gör att olika ytor av nanorod kan växa i olika takt, vilket ger ett långsträckt föremål.
En potentiell tillämpning av nanorods är i displayteknik, eftersom reflektionsförmågan hos stavarna kan ändras genom att ändra deras orientering med ett applicerat elektriskt fält. En annan tillämpning är för mikroelektromekaniska system (MEMS). Nanorods, tillsammans med andra ädelmetallnanopartiklar, fungerar också som terapeutiska medel. Nanorods absorberar i nära IR och genererar värme när de exciteras med IR-ljus. Denna egenskap har lett till användningen av nanorods som cancerterapi. Nanorods kan konjugeras med tumörmålmotiv och intas. När en patient utsätts för IR-ljus (som passerar genom kroppsvävnad), värms nanorods som selektivt tas upp av tumörceller upp lokalt, vilket förstör endast cancervävnaden samtidigt som friska celler lämnas intakta.
Nanorods baserade på halvledande material har också undersökts för användning som energiskörd och ljusavgivande enheter. År 2006, Ramanathan et al. demonstrerade 1 elektriskt fältmedierad avstämbar fotoluminescens från ZnO nanorods, med potential för tillämpning som nya källor för nära-ultraviolett strålning.
Syntes
ZnO nanorods
Zinkoxid (ZnO) nanorod, även känd som nanotråd , har en direkt bandgap-energi på 3,37 eV , vilket liknar den för GaN , och den har en excitationsbindningsenergi på 60 meV. Det optiska bandgapet för ZnO nanorod kan ställas in genom att ändra morfologi , sammansättning, storlek etc. Senaste åren, [ när? ] ZnO nanorods har använts intensivt för att tillverka elektroniska enheter i nanoskala, inklusive fälteffekttransistor , ultraviolett fotodetektor , Schottky-diod och ultraljus lysdiod (LED). Olika metoder har utvecklats för att tillverka de enkristallina wurtzite ZnO nanoroderna. Bland dessa metoder är att växa från ångfas den mest utvecklade metoden. I en typisk tillväxtprocess kondenseras ZnO-ånga på ett fast substrat. ZnO-ånga kan genereras med tre metoder: termisk förångning, kemisk reduktion och Vapor-Liquid-Solid (VLS)-metoden. I den termiska indunstningsmetoden blandas kommersiellt ZnO-pulver med SnO 2 och indunstas genom att värma blandningen vid förhöjd temperatur. I den kemiska reduktionsmetoden överförs zinkånga, genererad av reduktionen av ZnO, till tillväxtzonen, följt av återoxidation till ZnO. VLS-processen, som ursprungligen föreslogs 1964, är den mest använda processen för att syntetisera enkristallina ZnO nanorods. I en typisk process avsätts katalytiska droppar på substratet och gasblandningarna, inklusive Zn-ånga och en blandning av CO/CO2, reagerar vid gränsytan mellan katalysator och substrat, följt av kärnbildning och tillväxt. Typiska metallkatalysatorer involverar guld , koppar , nickel och tenn . ZnO nanotrådar odlas epitaxiellt på substratet och sätts samman till monolagermatriser. Metall-organisk kemisk ångdeposition ( MOCVD ) har också nyligen utvecklats. Ingen katalysator är inblandad i denna process och tillväxttemperaturen ligger på 400 ~ 500 °C, dvs betydligt mildare förhållanden jämfört med den traditionella ångtillväxtmetoden. Dessutom kan nanorods av metalloxid (ZnO, CuO, Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , andra) enkelt tillverkas genom att värma initial metall i luft i en termisk oxidationsprocess . Till exempel, för att göra en tät "matta" av CuO nanorods, visade det sig vara tillräckligt att värma Cu-folie i luft vid 420 °C. Bortsett från dessa tillverkningsscheman kan ZnO nanorods och rör tillverkas genom kombinationen av djup UV-litografi, torretsning och atomlagerdeposition (ALD).
InGaN/GaN nanorods
InGaN / GaN nanorod array ljusemitterande dioder kan tillverkas med torretsning eller fokuserad jonstråleetsningsteknik. Sådana lysdioder avger polariserat blått eller grönt ljus Tredimensionella nanorodstrukturer har en större emitterande yta, vilket resulterar i bättre effektivitet och ljusemission jämfört med plana lysdioder. Bläcktryckta quantum dot nanorod LED (QNED)-skärmar undersöks av Samsung, med InGaN nanorod LEDs som ersätter det organiska OLED-skiktet i QD-OLED- skärmar.
Guld nanorods
Den frömedierade tillväxtmetoden är den vanligaste och mest uppnådda metoden för att syntetisera högkvalitativa guld nanorods. Ett typiskt tillväxtprotokoll involverar tillsats av citratkapslade guldnanosfärer, tjänade som frön, till bulk HAuCl 4 -tillväxtlösningen. Tillväxtlösningen erhålls genom reduktion av HAuCl4 med askorbinsyra i närvaro av cetyltrimetylammoniumbromid (CTAB) ytaktivt medel och silverjoner. Längre nanorods (upp till ett bildförhållande på 25) kan erhållas i frånvaro av silvernitrat genom att använda en tillsats i tre steg. I detta protokoll tillsätts frön sekventiellt till tillväxtlösningen för att kontrollera hastigheten för heterogen avsättning och därmed hastigheten för kristalltillväxt.
Bristen med denna metod är bildandet av guld nanosfärer, vilket kräver icke-triviala separationer och rengöringar. I en modifiering av denna metod ersätts natriumcitrat med en starkare CTAB-stabilisator i kärnbildnings- och tillväxtprocedurerna. En annan förbättring är att introducera silverjoner till tillväxtlösningen, vilket resulterar i nanoroderna med bildförhållande mindre än fem i mer än 90 % utbyte. Silver, med lägre reduktionspotential än guld, kan reduceras på stavarnas yta för att bilda ett monolager genom underpotentialavsättning. Här konkurrerar silveravlagringen med guldet, vilket fördröjer tillväxthastigheten för specifika kristallfasetter, vilket möjliggör enkelriktad tillväxt och stavbildning. En annan brist med denna metod är den höga toxiciteten hos CTAB. Polymerer, såsom polyetylenglykol (PEG), polyallylaminhydroklorid (PAH) beläggning; kostfibrer, såsom kitosan ; eller biomolekyler, såsom fosfolipider, har använts för att förskjuta CTAB ut från nanorodytan utan att påverka stabiliteten har rapporterats.
Katjonbyte
Katjonbyte är en konventionell men lovande teknik för ny nanorodsyntes. Katjonbytestransformationer i nanorods är kinetiskt gynnsamma och ofta formbevarande. Jämfört med bulkkristallsystem är katjonutbytet av nanorods miljoner gånger snabbare på grund av stor yta. Befintliga nanorods fungerar som mallar för att göra en mängd olika nanorods som inte är tillgängliga i traditionell våtkemisk syntes. Dessutom kan komplexitet läggas till genom partiell transformation, vilket gör nanorod heterostrukturer.
Se även
externa länkar
- Nanorods visar negativ refraktion i nära IR (EE Times, 5 december 2005)
- [1] S. Ramanathan, S. Patibandla, S. Bandyopadhyay, JD Edwards, J. Anderson, J. Mater. Sci.: Mater. Electron 17, 651 (2006)