Nanorod - Nanorod

Zlaté nanorody pod elektronová mikroskopie

v nanotechnologie, nanorody jsou jednou morfologií nanoměřítkových objektů. Každý z jejich rozměrů se pohybuje v rozmezí 1–100 nm. Mohou být syntetizovány z kovů nebo polovodičových materiálů.[1] Standard poměry stran (délka dělená šířkou) jsou 3-5. Nanorody jsou vyráběny přímo chemická syntéza. Kombinace ligandy působí jako činidla pro kontrolu tvaru a váže se na různé aspekty nanorodu s různými silami. To umožňuje různým plochám nanorodu růst různými rychlostmi a vytvářet podlouhlý objekt.

Jedna potenciální aplikace nanorodů je v zobrazovacích technologiích, protože odrazivost tyčí lze změnit změnou jejich orientace pomocí aplikovaného elektrického pole. Další aplikace je pro mikroelektromechanické systémy (MEMS). Nanorody spolu s dalšími nanočásticemi ušlechtilého kovu fungují také jako terapeutické látky. Nanorody absorbují v blízké infračervené oblasti a vytvářejí teplo při excitaci infračerveným světlem. Tato vlastnost vedla k použití nanorod jako terapeutik proti rakovině. Nanorody mohou být konjugovány s motivy zaměřenými na nádory a přijímány. Když je pacient vystaven infračervenému záření (které prochází tělesnou tkání), nanorody selektivně přijímané nádorovými buňkami se lokálně zahřívají a ničí pouze rakovinnou tkáň, zatímco zdravé buňky zůstávají nedotčené.

Nanorody založené na polovodičových materiálech byly také zkoumány pro použití jako zařízení na získávání energie a vyzařování světla. V roce 2006 Ramanathan et al. prokázáno1 laditelné fotoluminiscence zprostředkované elektrickým polem z nanorodů ZnO, s potenciálem pro použití jako nové zdroje ultrafialového záření.

Syntéza

An ethanol čidlo plynu, na základě nanorodů ZnO[2]

Nanorody ZnO

Oxid zinečnatý (ZnO) nanorod, také známý jako nanodrát, má přímý energie pásma ze dne 3.37 eV, což je podobné jako u GaN a má to vzrušení vazebná energie 60 meV. Optickou bandgapu ZnO nanorodu lze vyladit změnou morfologie, složení, velikost atd. V posledních letech se nanorody ZnO intenzivně používají k výrobě elektronických zařízení v nano měřítku, včetně tranzistor s efektem pole, ultrafialové fotodetektor, Schottkyho dioda a ultra jasný světelná dioda (VEDENÝ). Byly vyvinuty různé způsoby výroby jediné krystalické, wurtzite Nanorody ZnO. Z těchto metod je nejrozvinutější přístup pěstování z plynné fáze. V typickém růstovém procesu se pára ZnO kondenzuje na pevný substrát. Pára ZnO může být generována třemi způsoby: tepelným odpařováním, chemickou redukcí a Vapor-kapalina-pevná látka (VLS). Při metodě tepelného odpařování se komerční prášek ZnO mísí se SnO2 a odpaří se zahříváním směsi při zvýšené teplotě. V metodě chemické redukce se páry zinku, generované redukcí ZnO, přenášejí do růstové zóny, po které následuje reoxidace na ZnO. Proces VLS, původně navržený v roce 1964, je nejčastěji používaným procesem pro syntézu monokrystalických nanorodů ZnO. V typickém procesu se katalytické kapičky ukládají na substrát a směsi plynů, včetně par Zn a směsi CO / CO2, reagují na rozhraní katalyzátor-substrát, následuje nukleace a růst. Typické kovové katalyzátory zahrnují zlato, měď, nikl, a cín. Nanodráty ZnO se pěstují epitaxně na substrátu a sestavují se do monovrstevných polí. Chemicko-organická depozice z plynné fázeMOCVD ) byl také nedávno vyvinut. Do tohoto procesu není zapojen žádný katalyzátor a teplota růstu je 400 ~ 500 ° C, tj. Podstatně mírnější podmínky ve srovnání s tradiční metodou růstu páry.[3] Nanorody oxidu kovu (ZnO, CuO, Fe2Ó3, V2Ó5, další) lze jednoduše vyrobit zahřátím počátečního kovu ve vzduchu v a tepelná oxidace proces.[4] Například bylo zjištěno, že k vytvoření hustého „koberce“ nanorodů CuO bylo dostatečné pro ohřev Cu fólie na vzduchu při teplotě 420 ° C. Kromě těchto výrobních schémat mohou být nanorody a trubice ZnO vyrobeny kombinací hluboké UV litografie, suchého leptání a nanášení atomové vrstvy (ALD).[5][6]

Zlaté nanorody

Metoda růstu zprostředkovaná semenem je nejběžnější a dosaženou metodou syntézy vysoce kvalitních zlatých nanorodů. Typický růstový protokol zahrnuje přidání zlatých nanosfér uzavřených citrátem, sloužících jako semena, k hromadnému HAuCl4 růstové řešení. Růstový roztok se získá redukcí HAuCl4 s kyselina askorbová v přítomnosti cetyltrimethylamoniumbromid (CTAB) povrchově aktivní látka a stříbrné ionty. Delší nanorody (až do poměr stran 25) lze získat v nepřítomnosti dusičnanu stříbrného pomocí třístupňového postupu přidávání. V tomto protokolu se semena postupně přidávají do růstového roztoku, aby se kontrolovala rychlost heterogenní depozice a tím rychlost růstu krystalů.

Nedostatkem této metody je tvorba zlatých nanosfér, která vyžaduje netriviální separace a čištění. V jedné modifikaci této metody je citrát sodný nahrazen silnějším stabilizátorem CTAB v postupech nukleace a růstu. Dalším vylepšením je zavedení iontů stříbra do růstového roztoku, což má za následek, že nanorody poměrů stran menší než pět budou mít výtěžek vyšší než 90%.[7] Stříbro, s nižším redukčním potenciálem než zlato, může být redukováno na povrchu prutů za vzniku monovrstvy podpotenciálním ukládáním. Zde usazování stříbra soutěží s usazováním zlata, což zpomaluje rychlost růstu specifických aspektů krystalu, což umožňuje jednosměrný růst a tvorba tyčí. Dalším nedostatkem této metody je vysoká toxicita CTAB. Polymery, jako např Polyethylenglykol (KOLÍK), Polyallylaminhydrochlorid (PAH) potah nebo dietní vlákna, jako např chitosan Bylo hlášeno vytěsnění CTAB z povrchu nanorobotů bez ovlivnění stability.[8][9][10]

Výměna kationů

Výměna kationtů je konvenční, ale slibná technika pro syntézu nových nanorodů. Kationtové výměnné transformace v nanorodech jsou kineticky příznivé a často zachovávají tvar. Ve srovnání s hromadnými krystalovými systémy je kationtová výměna nanorodů milionkrát rychlejší díky velké ploše. Stávající nanorody slouží jako šablony pro výrobu různých nanorodů, které nejsou dostupné v tradiční mokré chemické syntéze. Složitost lze navíc přidat částečnou transformací, čímž se vytvoří heterostruktury nanorodů.[11]

Viz také

Reference

  1. ^ Sadri, Rad (15. ledna 2021). „Řízené fyzikální vlastnosti a růstový mechanismus nanorodů na bázi manicidu a silicidu“. Journal of Alloys and Compounds. 851: 156693. doi:10.1016 / j.jallcom.2020.156693.
  2. ^ Zheng, Z. Q .; et al. (2015). „Světlo ovládající, flexibilní a transparentní senzor ethanolového plynu založený na nanočásticích ZnO pro nositelná zařízení“. Vědecké zprávy. 5: 11070. Bibcode:2015NatSR ... 511070Z. doi:10.1038 / srep11070. PMC  4468465. PMID  26076705.
  3. ^ Gyu-Chul Yi, Chunrui Wang & Won Il Park (2005). "Nanorody ZnO: syntéza, charakterizace a aplikace". Polovodičová věda a technologie. 20 (4): S22 – S34. Bibcode:2005SeScT..20S..22Y. CiteSeerX  10.1.1.453.931. doi:10.1088/0268-1242/20/4/003.
  4. ^ Rackauskas, Simas; Nasibulin, Albert G; Jiang, Hua; Tian, ​​Ying; Kleshch, Victor I; Sainio, Jani; Obraztsova, Elena D; Bokova, Sofia N; Obraztsov, Alexander N; Kauppinen, Esko I (22. dubna 2009). "Nová metoda pro syntézu nanodrátů oxidů kovů". Nanotechnologie. 20 (16): 165603. Bibcode:2009Nanot..20p5603R. doi:10.1088/0957-4484/20/16/165603. PMID  19420573.
  5. ^ Shkondin, E .; Takayama, O., Aryaee Panah, M.E .; Liu, P., Larsen, P. V .; Mar, M. D., Jensen, F .; Lavrinenko, A. V. (2017). „Ve velkém měřítku s vysokým poměrem stran Al nanomateriály ZnO jako anizotropní metamateriály“ (PDF). Optické materiály Express. 7 (5): 1606–1627. doi:10.1364 / OME.7.001606.
  6. ^ Shkondin, E .; Alimadadi, H., Takayama, O .; Jensen, F., Lavrinenko, A. V. (2020). "Výroba dutých koaxiálních volně stojících nanotrubiček Al2O3 / ZnAl2O4 s vysokým poměrem stran na základě Kirkendallova efektu". Journal of Vacuum Science & Technology A. 38 (1): 1606–1627. doi:10.1116/1.5130176.
  7. ^ Xiaohua Huang; Svetlana Neretina a Mostafa A. El-Sayed (2009). „Zlaté nanorody: od syntézy a vlastností k biologickým a biomedicínským aplikacím“. Pokročilé materiály. 21 (48): 4880–4910. doi:10.1002 / adma.200802789. PMID  25378252.
  8. ^ Loo, Jacky; Lau, Pui-Man; Kong, Siu-Kai; Ho, Ho-Pui; Loo, Jacky Fong-Chuen; Lau, Pui-Man; Kong, Siu-Kai; Ho, Ho-Pui (2017-11-22). „Test využívající lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonanci a zlaté nanorody funkcionalizované pomocí aptamerů k detekci cytochromu-c uvolněného z apoptotických rakovinných buněk pro stanovení protinádorového účinku“. Mikromotory. 8 (11): 338. doi:10,3390 / mi8110338. PMC  6190337. PMID  30400530.
  9. ^ Wan, Jiali; Wang, Jia-Hong; Liu, Ting; Xie, Zhixiong; Yu, Xue-Feng; Li, Wenhua (2015-06-22). „Povrchová chemie, ale nikoli poměr stran, zprostředkovává biologickou toxicitu zlatých nanorodů in vitro a in vivo“. Vědecké zprávy. 5 (1): 11398. Bibcode:2015NatSR ... 511398W. doi:10.1038 / srep11398. ISSN  2045-2322. PMC  4476041. PMID  26096816.
  10. ^ Wang, Chung-Hao; Chang, Chia-Wei; Peng, Ching-An (2010-12-18). „Zlatý nanorod stabilizovaný thiolovaným chitosanem jako fototermálním absorbérem pro léčbu rakovinných buněk“. Journal of Nanoparticle Research. 13 (7): 2749–2758. Bibcode:2011JNR .... 13,2749 W.. doi:10.1007 / s11051-010-0162-5. ISSN  1388-0764.
  11. ^ Prashant K.Jain & Jessy B. Rivest (2012). "3. Kationtová výměna v nanoměřítku: nová technika pro syntézu nových materiálů, výrobu zařízení a chemické snímání". Recenze chemické společnosti. 42 (1): 89–96. doi:10.1039 / c2cs35241a. PMID  22968228.

externí odkazy