Навигация
Синтез за допомогою шаблонів
37703
знака
0
таблиц
8
изображений
1.1 Синтез за допомогою шаблонів
Синтез нанодротів за допомогою шаблонів є концептуально простим методом виготовлення наноструктур. Шаблони містять дуже малі циліндричні пори або порожнини у матеріалі матриці, порожнина заповнюється потрібним матеріалом, який приймає морфологію пор, для формування нанодротів.
Синтез шаблонів. У синтезі наноструктур з використанням шаблонів необхідно розглядати такі важливі характеристики, як хімічну стабільність і механічні властивості шаблону (маски), а також діаметр, однорідність та густину пор. Шаблони, які часто використовують для синтезу нанодротів, включають анодний алюміній (Al2О3), наноканальне скло, витравлені пучками іонів полімери та плівки слюди. Поруваті шаблони з анодного алюмінію отримуються анодуванням чистих плівок АІ у різних кислотах. При ретельно вибраних умовах анодування отримана плівка окису має регулярну гексагональну структуру паралельних і майже циліндричних каналів, як показано на рис. 1.1.
Рис. 1.1. а – СЕМ (Скануючий електронний мікроскоп) зображення верхньої поверхні шаблонів поруватого анодного алюмінію з середнім діаметром пор 44 нм; б - СЕМ зображення полікарбонатної мембрани, витравленої частинками з діаметром пор 1 мкм.
Самоорганізація структури пор у шаблоні з анодного алюмінію включає два зв'язаних процеси: формування пор з однаковими діаметрами завдяки тонкому балансу між дифузією, стимульованою електричним полем, що визначає швидкість росту алюмінію, та розчинення алюмінію в кислотному електроліті. Пори вважаються самоорганізованими завдяки існуванню механічних напруг на границі поділу алюміній-алюміній через об'ємне розширення при анодуванні. Ці напруги спричинюють силу відштовхування між порами, викликаючи їх впорядкування у гексагональній решітці. Залежно від умов анодування діаметр пор може систематично змінюватися від < 10нм до 200 нм з густиною пор у області 109-1011 nop/см2. Повідомлялося, що розподіл розмірів пор та впорядкування анодних алюмінієвих шаблонів можуть бути значно покращені методом двокрокового анодування, в якому шар алюмінієвого окису розчиняється після першого анодування у кислотному розчині, за чим слідує друге анодування в таких самих умовах.
Інший тип поруватого шаблону, що звичайно використовують для синтезу нанодротів, є шаблон, який виготовляється хімічним травленням треків частинок, що утворюються після іонного бомбардування, наприклад, полікарбонати! мембрани з травленими треками та плівки слюди.
Наноканальне скло (nano-channel glass - NCG), наприклад, містить регулярну гексагональну структуру капілярів, подібну до структури пор .у анодованому алюмінії з густиною упаковки ~3х1010 пор/см2. Молекули ДНК також використовувалися як шаблон для вирощування нанорозмірних дротів [7].
Діблокові кополімери, тобто полімери, що складаються з двох ланцюгових сегментів з різними властивостями, також були використані як шаблони для вирощування нанодротів. Коли два сегменти не змішуються один з одним, відбувається фазова сегрегація, і залежності від їх об'ємного співвідношення, можуть самоорганізовуватися сфери, циліндри та пластинки. Для формування самоорганізованої структури нанопор використовувалися кополімери, що складалися з полістирену та поліметіметакрилату [6].
1.2 Вирощування нанодротів за допомогою шаблонів та інжекцією під тиском
Метод інжекції під тиском часто застосовується при виготовленні кристалічних нанодротів з матеріалу з низькою температурою плавлення і при використанні поруватих шаблонів з високою механічною міцністю. У методі високотискової інжекції нанодроти формуються тисковою інжекцією потрібного матеріалу у рідкій формі у пори шаблону. Через нагрівання та тиску шаблони, що використовуються для методу інжекції тиском, повинні бути хімічно стабільними і спроможними зберігати свою структурну цілісність при високих температурах та тисках. Плівки анодного окису алюмінію та наноканальне скло є двома типовими матеріалами,, які використовують як шаблони у поєднанні з методом заповнення інжекцією під тиском. З використанням цього методу були виготовлені металеві нанодроти (Bi,In,Sn,Al) та напівпровідникові нанодроти (Se, Те, GaSb, Ві2Те3).
Тиск Р, потрібний для подолання поверхневого натягу рідкого матеріалу для заповнення пор з діаметром dw, задається рівнянням Вашбурна:
dw=-4γcosθ/P (1.1)
де γ - поверхневий натяг рідини і θ - контактний кут між рідиною та шаблоном. Для зменшення потрібного тиску й отримання максимального фактору заповнення зменшенням поверхневого натягу та контактного кута використовують деякі суфрактанти. Наприклад, введення Си у розплав Ві може сприяти заповненню пор у шаблоні з анодного алюмінію рідким Ві та може збільшити число виготовлених нанодротів. Але деякі суфрактанти можуть викликати проблеми забруднення [12].
Нанодроти, виготовлені методом інжекції під тиском, зазвичай мають високу кристалічність та переважну кристалічну орієнтацію вздовж осі дроту. Наприклад, на рис. 1.2. наведено дифракційну картину зборок трьох різних діаметрів дротів з інжекційним тиском ~ 5,000psi, яка показує, що переважна (>80%) кристалічна орієнтація осей дротів у 95 нм та 40 нм діаметрі Ві нанодротів є, відповідно, нормальними до (202) та (012) площин решітки. Вони позначаються [10
1] та [012] при використанні гексагональної елементарної комірки, що передбачає напрямок росту кристалу залежним від діаметру дроту. З іншого боку, 30 нм нанодроти Ві, виготовлені з використанням набагато вищого тиску > 20,000psi, показують іншу кристалічну орієнтацію - (001) вздовж осі нанодроту. Це свідчить, що переважна орієнтація кристалу може залежати від прикладеного тиску по напрямку найбільш густої упаковки вздовж осі дроту для найвищого прикладеного тиску.
Рис. 1.2. Картина рентгенівської дифракції нанокомпозитів вісмут/анодний алюміній із середніми діаметрами дротів а - 40 нм. b - 52 нм. та c - 95 нм. Індекси Мілера, що відповідають площинам решітки масивного Ві, наведені над індивідуальними піками. Більшість нанодротів Ві орієнтовані вздовж [101] та [012] напрямків для dw >60нм та dw <50нм, відповідно. Існування більш ніж однієї домінуючої орієнтації для 52 нм нанодротів Ві приписується трансляційній поведінці нанодротів проміжного діаметру, оскільки орієнтація переважного ростy зсувається від [101] до [012] із зменшенням dw.[11]
Похожие работы
... 350 - 2000 ppm AS-MLC /AppliedSensor Inc. CO 0.5 - 500 ppm AS-MLK /AppliedSensor Inc. CH4 Від 0.01 до 4% 2. Сучасні датчики газів, та методи їх отримання 2.1 Нові матеріали та наноструктури – перспективна база елементів для датчиків газів В зв’язку з інтенсивним розвитком виробництва поверхневих датчиків газів, досліджуються придатні для їх побудови сучасні напівпрові ...
... та наноматеріали" на 2010-2014 роки фігурують у тому числі наступні: · утворення центру сертифікації наноматеріалів, наноструктур та приладів, у тому числі для забезпечення екологічної безпеки; · вивчення питання щодо впливу наноматеріалів на біологічні системи різного рівня організації; · розроблення нанобіотехнологій для захисту навколишнього природного середовища; · розроблення порядку ...
0 комментариев