Синтез нанопроволок, наностержней и нанотрубок неорганических соединений. (Лекция 8)

Август 6, 2022

Главная
Физика
Синтез нанопроволок, наностержней и нанотрубок неорганических соединений. (Лекция 8)

Содержание

2. Основные маршруты синтеза нанопроволок А- в процессе неравновесного роста одноосного кристалла, В - в матрице, например,
3. ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ И НАНОПРОВОЛОК В ПРОЦЕССЕ РОСТА КРИСТАЛЛОВ ГРАНЬ 001 КРИСТАЛЛА ZnS ИМЕЕТ НАИБОЛЬШУЮ ПОВЕРХНОСТНУЮ ЭНЕРГИЮ
4. ПРИМЕР СИНТЕЗА НАНОПРОЛОКИ LiMo6Se6
5. СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОКИ Se
6. A,B - нанопроволока Te, C - сплава Se-Te СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Te и СПЛАВА Se-Te
7. Lian Ouyang, Kristin N. Maher, J. AM. CHEM. SOC. 2007, 129, 133-138 9 СЕМ изображения наностержней
8. ПРИМЕРЫ НАНОСТЕРЖНЕЙ ZnO Изображения получены методом СЭМ
9. Se + 2Ag+ (H2O) →Ag2Se НАНОПРОВОЛОКА Ag2Se МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛУЧЕНА ПУТЕМ ОБРАБОТКИ НАНОПРОВОЛОКИ Se В ВОДНОМ
10. Синтез нанопроволок в матрицах жидких кристаллов Молекулы ПАВ могут образовывать цилиндрические мицеллы, внутри которых возможен рост
11. СПОСОБ СИНТЕЗА НАНОСТЕРЖНЕЙ И НАНОПРОВОЛОК БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИХ СОЛЕЙ В ПРИСУТСТВИИ ПАВ Молекулы
12. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТЕРЖНЕЙ Au С РАЗЛИЧНЫМ СООТНОШЕНИЕМ ДЛИНЫ И ДИАМЕТРА ОКРАСКА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ Au СПЕКТРЫ ПРОПУСКАНИЯ
13. Jana NR, Gearheart L, Murphy CJ. Title. Chem Commun 2001:617–8. НАНОПРОВОЛОКА Ag, ПОЛУЧЕННАЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ AgNO3 В
14. СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ НАНОСТЕРЖНЕЙ СЕРЕБРА В ПРОЦЕССЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕГО СОЛИ В ПРИСУТСТВИИ ПАВ И НАНОЧАСТИЦ Pt A-
15. В растворе Zr и Ti - n-бутоксидов и ПАВ - натрия додецил сульфоната образуются 1D- образные
16. НАНОПРОВОЛОКИ ИЗ НАНОЧАСТИЦ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В КАНАЛАХ НА ПОВЕРХНОСТИ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ A - наночастицы полисторола, B
17. СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Pd ПУТЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕГО КАТИОНОВ, АДСОРБИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ МАКРОМОЛЕКУЛ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА
18. СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Au и Ag НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ВОДНЫЙ РАСТВОР - ТОЛУОЛ Синтез основан на переходе
19. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПРОВОЛОКИ ИЗ КРЕМНИЯ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ЕГО ОКИСЛЕНИЯ И ТРАВЛЕНИЯ
20. При погружении наностержней CdS в раствор AgNO3 в толуоле и метаноле наблюдается реакция замещения ионов Cd2+
21. Тубулярные структуры - терминология Нано- или микротрубки Нано-или микророллы (нано- или микросвитки) Нанотрубки Pd
22. В условиях “мягкой химии” нанотрубки неорганических соединений, как правило, образуются, если данные соединения имеют слоистую кристаллическую
23. СИНТЕЗ НАНОТРУБОК WO2Cl2 Изображение нанотрубки WO2Cl2, полученное методом ПЭМ (шкала - 50 нм) Фрагмент кристаллической структуры
24. Нанотрубки WO3.nH2O были получены в растворе H2WO4 и полианилина при температуре 60оС. В этих условиях молекулы
25. НАНОТРУБКИ ОКСИДОВ С 2D КРИСТ. СТРУКТУРОЙ, ОБРАЗУЮЩИХ КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ НАНОПЛОСКОСТЕЙ А - HxTiO2-y, B - MnO2,
26. а б ТЭМ-ИЗОБРАЖЕНИЯ НАНОТРУБОК ОКСИДА МАРГАНЦА (а) И НИОБАТА КАЛЬЦИЯ (б)
27. СИНТЕЗ НАНОТРУБОК АЛЮМОСИЛИКАТА - ИМАГОЛИТА УСЛОВИЯ СИНТЕЗА Тетраэтоксисилан по каплям добавляют в раствор AlCl3, затем рН
28. СИНТЕЗ НАНОТРУБОК АЛЮМОГЕРМАНАТА СО СТРУКТУРОЙ ИМАГОЛИТА Синтез проводят аналогично синтезу нанотрубок алюмосиликата, но вместо Si(OC2H5)4 используют
29. СИНТЕЗ НАНОТРУБОК TiO2 ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАВ Синтез проводили путем смешивания при температуре 40оС в
30. Темплатный синтез Peng Tian, Junwei Ye, Nuo Xu et al.// Chem. Commun., 2011, 47, 12008–10 a-образование
31. СИНТЕЗ НАНОТРУБОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПУТЕМ РАСТВОРЕНИЯ ПОДСЛОЯ МЕЖДУ ПОДЛОЖКОЙ И ДВУХЗОННЫМ СЛОЕМ ПОЛУПРОВОДНИКА А- НА ПОВЕРХНОСТЬ П/П
32. После растворения подслоя AlAs между подложкой и бислоем InAs-GaAs последний из-за различий в механических свойствах каждого
33. СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ НАНОТРУБОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ InAs-GaAs С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОЦЕССА ФОТОЛИТОГРАФИИ A-B - ОКНО ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОДСЛОЯ, ПОЛУЧЕННОЕ
34. ПРИМЕРЫ НАНОТРУБОК П/П, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ТРАВЛЕНИЯ ПОДСЛОЯ МЕЖДУ GaAs И МУЛЬТИСЛОЕМ InAs-GaAs ИЗОБРАЖЕНИЕ , ПОЛУЧЕННОЕ МЕТОДОМ
35. КРИСТАЛЛЫ α-K4SiW12O40 В ФОРМЕ ТРУБОК, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ ПЕРЕСЫЩЕННЫХ РАСТВОРОВ Кристаллы получены из 30 проц. р-ра α-K4SiW12O40
36. Важным способом синтеза нанотрубок благородных металлов являются реакции окисления нанопроволок из менее благородных металлов в растворах
38. Скачать презентацию

Слайд 2

Основные маршруты синтеза нанопроволок
А- в процессе неравновесного роста одноосного кристалла,
В -

в матрице, например, жидкого кристалла,
С - в растворе ПАВ, которое избирательно адсорбируется на различные грани кристалла,
D - путем самосборки из наночастиц

Слайд 3

ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ И НАНОПРОВОЛОК В ПРОЦЕССЕ РОСТА КРИСТАЛЛОВ
ГРАНЬ 001 КРИСТАЛЛА ZnS

ИМЕЕТ НАИБОЛЬШУЮ ПОВЕРХНОСТНУЮ ЭНЕРГИЮ И РОСТ КРИСТАЛЛА ИДЕТ В ДАННОМ НАПРАВЛЕНИИ

Слайд 4

ПРИМЕР СИНТЕЗА НАНОПРОЛОКИ LiMo6Se6

Слайд 5

СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОКИ Se

Слайд 6

A,B - нанопроволока Te, C - сплава Se-Te
СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Te и

СПЛАВА Se-Te

Слайд 7

Lian Ouyang, Kristin N. Maher, J. AM. CHEM. SOC. 2007, 129,

133-138 9

СЕМ изображения наностержней СdSe(a) и CdS (b), выращенных на подложке с наночастицами Bi размером 4 нм. Шкала - 500 нм.

СИНТЕЗ НАНОСТЕРЖНЕЙ CdSe/CdS НА ПОДЛОЖКЕ, СОДЕРЖАЩЕЙ НА ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦЫ Bi

а) схема установки для синтеза,
б) последовательность введения в реактор реагентов.
Отмеченная последовательность введения реагентов дала возможность получить наностержни с переменным по длине составом.

Наночастицы Bi на поверхности кремния получали термическим испарением, синтез проводили в растворе n-тетрадецилфосфоновой кислоты (TDPA) при температуре 270оС. Серу - содержащим соединением являлся ее раствор в триоктилфосфине (TOP), а селен - содержащим - его раствор в трибутилфосфине (TBP).
Каталитическое действие висмута, по-видимому, состояло в том, что последний образовывал наночастицы Bi2Se3 или Bi2S3, которые являлись центрами роста наностержней CdS и CdSe.

Слайд 8

ПРИМЕРЫ НАНОСТЕРЖНЕЙ ZnO
Изображения получены методом СЭМ

Слайд 9

Se + 2Ag+ (H2O) →Ag2Se
НАНОПРОВОЛОКА Ag2Se МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛУЧЕНА ПУТЕМ ОБРАБОТКИ

НАНОПРОВОЛОКИ Se В ВОДНОМ РАСТВОРЕ СОЛИ Ag+

Слайд 10

Синтез нанопроволок в матрицах жидких кристаллов
Молекулы ПАВ могут образовывать цилиндрические мицеллы,

внутри которых возможен рост нанопроволок неорганических веществ

Слайд 11

СПОСОБ СИНТЕЗА НАНОСТЕРЖНЕЙ И НАНОПРОВОЛОК БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИХ

СОЛЕЙ В ПРИСУТСТВИИ ПАВ

Молекулы ПАВ могут избирательно адсорбироваться на отдельных гранях растущего кристалла и, тем самым, создавать условия для его анизотропного роста.
Кроме того, как следует из ниже приведенного рисунка молекулы ПАВ в области наибольшей кривизны поверхности растущего кристалла имеют наименьшую плотность, благодаря чему в этих зонах может наблюдаться избирательный рост кристалла.

Слайд 12

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТЕРЖНЕЙ Au С РАЗЛИЧНЫМ СООТНОШЕНИЕМ ДЛИНЫ И ДИАМЕТРА
ОКРАСКА

КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ Au

СПЕКТРЫ ПРОПУСКАНИЯ

КАК СЛЕДУЕТ ИЗ СПЕКТРОВ ПРОПУСКАНИЯ, С УВЕЛИЧЕНИЕМ СООТНОШЕНИЯ ДЛИНЫ НАНОСТЕРЖНЯ К ДИАМЕТРУ, МАКСИМУМ ПОГЛОЩЕНИЯ СМЕЩАЕТСЯ В СТОРОНУ БОЛЕЕ ДЛИННЫХ ВОЛН, А ИМЕННО, ОТ 500 ДО 2200 НМ

Слайд 13

Jana NR, Gearheart L, Murphy CJ. Title. Chem Commun 2001:617–8.
НАНОПРОВОЛОКА Ag,

ПОЛУЧЕННАЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ AgNO3 В ПРИСУТСТВИИ ПАВ

Синтез проводили в 2 этапа:
- приготовление раствора наночастиц Ag размером 4 нм, которые служили зародышами роста нанопроволок,
- восстановление Ag+ аскорбиновой кислотой в присутствии цетилтриметиламмоний бромида.

Нанопроволоки имели длину 1-4 мкм с соотношением длины к диаметру равным примерно 300.

Слайд 14

СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ НАНОСТЕРЖНЕЙ СЕРЕБРА В ПРОЦЕССЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕГО СОЛИ В ПРИСУТСТВИИ

ПАВ И НАНОЧАСТИЦ Pt

A- ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЯ СЕРЕБРА НА ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦ Pt В РАСТВОРЕ ЕГО СОЛИ И ВОССТАНОВИТЕЛЯ,
B - ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ СЕРЕБРА В ПРИСУТСТВИИ ПАВ - POLY(VYNIL-PIRROLIDONE),
C - ОБРАЗОВАНИЕ ИЗ НАНОСТЕРЖНЕЙ НАНОПРОВОЛОКИ СЕРЕБРА

Слайд 15

В растворе Zr и Ti - n-бутоксидов и ПАВ - натрия

додецил сульфоната образуются 1D- образные мицеллы, которые располагаются на границе раздела раствор-воздух

Слайд 16

НАНОПРОВОЛОКИ ИЗ НАНОЧАСТИЦ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В КАНАЛАХ НА ПОВЕРХНОСТИ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ

A - наночастицы полисторола,
B - наночастицы золота

Слайд 17

СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Pd ПУТЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЕГО КАТИОНОВ, АДСОРБИРОВАННЫХ НА ПОВЕРХНОСТИ МАКРОМОЛЕКУЛ

ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТА

Слайд 18

СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Au и Ag НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ВОДНЫЙ РАСТВОР -

ТОЛУОЛ

Синтез основан на переходе в процессе “взбалтывания” коллоидных частиц Au или Ag из водного раствора на границу раздела вода-толуол и образовании из наночастиц нанопроволок

а - схема процесса, б - изображение нанопроволок, полученное методом ТЭМ

Коллоидные растворы Au и Ag были получены путем восстановления при температуре 5оС 0,001М растворов HAuCl4 и AgNO3 0,0074 М раствором NaBH4

Слайд 19

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПРОВОЛОКИ ИЗ КРЕМНИЯ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ЕГО ОКИСЛЕНИЯ И ТРАВЛЕНИЯ

Слайд 20

При погружении наностержней CdS в раствор AgNO3 в толуоле и метаноле

наблюдается реакция замещения ионов Cd2+ на Ag+, поскольку Ag2S является менее растворимым веществом, чем CdS. Замещение катионов происходит в несколько этапов, показанных на изображениях, полученных методом ПЭМ

Слайд 21

Тубулярные структуры - терминология
Нано- или микротрубки
Нано-или микророллы
(нано- или микросвитки)
Нанотрубки Pd

Слайд 22

В условиях “мягкой химии” нанотрубки неорганических соединений, как правило, образуются, если

данные соединения имеют слоистую кристаллическую структуру, образованную сравнительно слабо связанными друг с другом наноплоскостями.

Слайд 23

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК WO2Cl2
Изображение нанотрубки WO2Cl2, полученное методом ПЭМ (шкала - 50

нм)

Фрагмент кристаллической структуры WO3 (а) и WO2Cl2 (б)

Нанотрубки WO2Cl2 были получены путем растворения WO2Cl2 в смеси этилен карбоната, метилен карбоната и LiPF6 и его последующей кристаллизации

Слайд 24

Нанотрубки WO3.nH2O были получены в растворе H2WO4 и полианилина при температуре

60оС.
В этих условиях молекулы полианилина встраиваются в межплоскостное пространство вместо молекул воды и “расщепляют” кристаллическую решетку на отдельные наноплоскости, часть из которых скручивается в нанотрубки.

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК WO3n.H2O

Слайд 25

НАНОТРУБКИ ОКСИДОВ С 2D КРИСТ. СТРУКТУРОЙ, ОБРАЗУЮЩИХ КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ НАНОПЛОСКОСТЕЙ
А

- HxTiO2-y,
B - MnO2,
C - Ca2Nb3O10

После удаления из коллоидного раствора катионов Na, Ca и др. часть наноплоскостей сворачивается в нанотрубки

Слайд 26

а
б
ТЭМ-ИЗОБРАЖЕНИЯ НАНОТРУБОК ОКСИДА МАРГАНЦА (а) И НИОБАТА КАЛЬЦИЯ (б)

Слайд 27

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК АЛЮМОСИЛИКАТА - ИМАГОЛИТА
УСЛОВИЯ СИНТЕЗА
Тетраэтоксисилан по каплям добавляют в

раствор AlCl3, затем рН раствора с помощью NaOH смещают до 5,0. Далее прибавляют 0,1М HCl и 0,2 М CH3COOH и рН смещают до 4,5. Выдерживают 3 часа при комн. температуре и затем 120 часов при температуре 95оС.

Полученные нанотрубки имели длину несколько микрон и диаметр около 2 нм.

Слайд 28

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК АЛЮМОГЕРМАНАТА СО СТРУКТУРОЙ ИМАГОЛИТА
Синтез проводят аналогично синтезу нанотрубок алюмосиликата,

но вместо Si(OC2H5)4 используют Ge(OC2H5)4

Длина нанотрубок была менее 50 нм.

Слайд 29

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК TiO2 ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАВ
Синтез проводили путем смешивания

при температуре 40оС в соотношении 4:1 растворов лауриламина гидрохлорида и тетраизопропилортотитаната. Его рН был равен 4,0-4,5. Далее выдерживали при температуре 80оС в течение 3 дней и промывали изопропиловым спиртом.

Слайд 30

Темплатный синтез
Peng Tian, Junwei Ye, Nuo Xu et al.// Chem. Commun.,

2011, 47, 12008–10

a-образование покрытия на поверхности темплата
b – растворение темплата в угольной кислоте
c – восстановление темплата
d – прокаливание микротрубок

Электронные микрофотографии: а - темплата MgCO3, b - микротрубок TiO2.

а b

Слайд 31

СИНТЕЗ НАНОТРУБОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПУТЕМ РАСТВОРЕНИЯ ПОДСЛОЯ МЕЖДУ ПОДЛОЖКОЙ И ДВУХЗОННЫМ СЛОЕМ

ПОЛУПРОВОДНИКА

А- НА ПОВЕРХНОСТЬ П/П МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ПУЧКОВОЙ ЭПИТАКСИИ НАНОСЯТ МУЛЬТИСЛОЙ AlAs, InAs И GaAs.
C- РАСТВОРЯЮТ ПОДСЛОЙ AlAs В РАСТВОРЕ HF.

СЭМ и ПЭМ изображения полученных нанотрубок

Слайд 32

После растворения подслоя AlAs между подложкой и бислоем InAs-GaAs последний из-за

различий в механических свойствах каждого из слоев начинает изгибаться и в конце концов скручивается в нанотрубку.

Слайд 33

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ НАНОТРУБОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ InAs-GaAs С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОЦЕССА ФОТОЛИТОГРАФИИ
A-B -

ОКНО ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОДСЛОЯ, ПОЛУЧЕННОЕ МЕТОДОМ ФОТОЛИТОГРАФИИ

а - приготовление окна для фотолитографии, б - травление подслоя, с - результат получения нанотрубки, закрепленной на подложке

Слайд 34

ПРИМЕРЫ НАНОТРУБОК П/П, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ТРАВЛЕНИЯ ПОДСЛОЯ МЕЖДУ GaAs И МУЛЬТИСЛОЕМ

InAs-GaAs

ИЗОБРАЖЕНИЕ , ПОЛУЧЕННОЕ МЕТОДОМ ПЭМ, ПОПЕРЕЧНОГО СКОЛА МУЛЬТИСЛОЯ ДО ТРАВЛЕНИЯ ПОДСЛОЯ AlAs

ПОСЛЕ ТРАВЛЕНИЯ

Слайд 35

КРИСТАЛЛЫ α-K4SiW12O40 В ФОРМЕ ТРУБОК, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ ПЕРЕСЫЩЕННЫХ РАСТВОРОВ
Кристаллы получены

из 30 проц. р-ра α-K4SiW12O40 при его охлаждении от 80 до 20оС

Схема роста кристаллов

Слайд 36

Важным способом синтеза нанотрубок благородных металлов являются реакции окисления нанопроволок из

менее благородных металлов в растворах солей более благородных металлов. При этом, металл нанопроволоки растворяется и на ее поверхности осаждается нанослой более благородного металла, который образует стенку нанотрубки.

Синтез нанопроволок, наностержней и нанотрубок неорганических соединений. (Лекция 8)

Содержание

Основные маршруты синтеза нанопроволокА- в процессе неравновесного роста одноосного кристалла,В -

ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ И НАНОПРОВОЛОК В ПРОЦЕССЕ РОСТА КРИСТАЛЛОВГРАНЬ 001 КРИСТАЛЛА ZnS

ПРИМЕР СИНТЕЗА НАНОПРОЛОКИ LiMo6Se6

СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОКИ Se

A,B - нанопроволока Te, C - сплава Se-TeСИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК Te и

Lian Ouyang, Kristin N. Maher, J. AM. CHEM. SOC. 2007, 129,

ПРИМЕРЫ НАНОСТЕРЖНЕЙ ZnOИзображения получены методом СЭМ

Se + 2Ag+ (H2O) →Ag2SeНАНОПРОВОЛОКА Ag2Se МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛУЧЕНА ПУТЕМ ОБРАБОТКИ

Синтез нанопроволок в матрицах жидких кристалловМолекулы ПАВ могут образовывать цилиндрические мицеллы,