Кремний нанотрубкасы - Silicon nanotube

Si нанотүтікшесі (жоғарғы жағы) Si-жабылған ZnO нановирін (төменгі жағы) ішінара ойып түсіру арқылы жасалған.[1]
Си-нан жабылған ZnO наноқұбырларын ойып жасау арқылы жасалған нанотүтікшелер.
Си нанотүтікшелер көміртекті шаблон арқылы жасалған. Сағат тілімен: көміртекті талшық; кремниймен қапталған көміртекті талшық; көміртегі өзегін алып тастағаннан кейін қалған кремний оксидінің түтігі; кремний оксидін поли-кристалды кремниймен жабу. Масштабтық штрихтар 200 нм

Кремний нанотүтікшелері болып табылады нанобөлшектер бастап түтік тәрізді құрылым жасайды кремний атомдар Сияқты кремний нановирлері, олар ерекше маңызды физикалық қасиеттеріне байланысты технологиялық маңызы бар, олар кремнийдің кремнийімен түбегейлі ерекшеленеді.[2] Кремний нанотүтікшелері туралы алғашқы есептер 2000 жылы пайда болды.[3]

Синтез

Кремний нанотүтіктерін дайындаудың бір әдісі - реакторды қолдану электр доғасы ешбірін қолданбай катализатор.[4] Тазалықты қамтамасыз ету үшін реактор эвакуацияланып, реактивті емес затпен толтырылады асыл газ аргон. Нанотүтікшелердің нақты қалыптасуы процесіне сүйенеді буды тұндыру.[5]

Зертханалық масштабтағы кең таралған әдіс қолдануды қамтиды германий, көміртегі немесе мырыш оксиді шаблон ретінде наноэлектр. Кремний, әдетте екеуінен де келеді силан немесе кремний тетрахлориді газ, содан кейін наноқабылдағыштарға қойылады, ал ядро ​​кремний түтігін қалдырып ериді.[6] Шаблон нановирлерінің өсуі, кремнийдің тұнуы және нановирдің ойылуы, нәтижесінде алынған Si нанотүтікшелерінің геометриясы екінші әдіс бойынша дәл басқарылуы мүмкін; дегенмен, ең кіші ішкі диаметр ондаған нанометрмен шектеледі.[1]

Кәдімгі бу-сұйық-қатты (VLS ) және қатты-сұйық-қатты (SLS) механизмдері - бір өлшемді кремний наноқұрылымдарын өсірудің сүйікті әдістері. Дегенмен, олар әдетте металдың тек бір түрін қосады катализатор сондықтан құбырлы (қуыс) кремний наноқұрылымдарын өсіру үшін қолдануға болмайды. Жақында жасалған әрекетте никель-алтын екі қабатты катализатор қабаты құрайтын метал катализаторларының өсу қарқынының біркелкі болмауының артықшылығын пайдалану үшін қолданылды. Осы VLS және SLS модификацияланған тәсілдерін қолдана отырып, қабырғалары қалыңдығы бірнеше нанометр болатын көп қабатты кремнийлі нанотүтікшелер өсірілді.[7]

Қолданбалар

Нәтижесінде Баллистикалық өткізгіштік, кремний нанотүтікшелері және наноқабылдағыштар электроникада қолдану қарастырылған, мысалы. жылы термоэлектрлік генераторлар.[8] Құрылымы молекулаларын орналастыра алатындықтан сутегі сондықтан ол көмірге ұқсас болуы мүмкін CO2, кремний наноматериалдары металл отыны сияқты әрекет етуі мүмкін.[9][10] Зарядталған кремний нанотрубасы сутегі энергияны жеткізеді және процесте қалдық су, этанол, кремний және құм қалады. Алайда, қалай сутегі өндірісі айтарлықтай энергияны қажет етеді, бұл тек энергияны өндірудің емес, жинаудың ұсынылған әдісі.

Кремний нанотүтікшелері және кремний нановирлері ішінде қолдануға болады литий-ионды аккумуляторлар. Кәдімгі ли-ионды батареялар графикалық көміртекті анод ретінде пайдаланады, бірақ оны кремний нанотүтікшелерімен алмастыру эксперименталды түрде анодтың меншікті сыйымдылығын 10 есе арттырады (бірақ катодтың сыйымдылығы анағұрлым төмен болғандықтан) .[11]

Кремний нанотрубкасының тағы бір жаңа қолданылуы - жарық сәулеленуі. Кремний жанама жолақты саңылау болғандықтан жартылай өткізгіш, кванттық шығымы радиациялық рекомбинация бұл материалда өте төмен. Кремний негізіндегі наноқұрылымдардың қалыңдығы тиімділіктен төмендейді Бор радиусы (шамамен 9 нм, кремнийде) осы материалдан жарық шығарудың кванттық тиімділігі кванттық шектеу әсерінен артады. Осы жағдайға сүйене отырып, қабырғалары өте жұқа кремний нанотүтікшелердің фотоэмиссия мүмкіндігі көрсетілді.[7]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Хуан, Сючжен; Гонсалес-Родригес, Роберто; Бай, Райан; Гричинский, Зигмунт; Коффер, Джефери Л. (2013). «Кеуекті кремнийлі нанотүтікті массивтердің жасалуы мен мөлшеріне тәуелді қасиеттері». Химиялық байланыс. 49 (51): 5760. дои:10.1039 / C3CC41913D. PMID  23695426.
  2. ^ Му, С .; Чжао, С .; Сю Д .; Чжуан, С .; Шао, Ю. (2007). «Кремний нанотрубтық массив / цитохромның тікелей электрохимиясы үшін алтын электрод». Физикалық химия журналы B. 111 (6): 1491. дои:10.1021 / jp0657944.
  3. ^ Кирици, Имре; Фудала, Агнес; Кония, Золтан; Эрнади, Клара; Ленц, Патрик; Наджи, Янос Б (2000). «Құбырлы кремнеземдік құрылымдарды дайындауда озонмен өңдеудің артықшылықтары». Қолданбалы катализ А: Жалпы. 203: L1. дои:10.1016 / S0926-860X (00) 00563-9.
  4. ^ Де Крешенци, М .; Каструкчи, П .; Скарселли, М .; Диочииути, М .; Чаудхари, П.С .; Баласубраманиан, С .; Бхаве, Т.М .; Bhoraskar, S. V. (2005). «Кремний нанотүтікшелерін тәжірибелік бейнелеу». Қолданбалы физика хаттары. 86 (23): 231901. дои:10.1063/1.1943497.
  5. ^ Ша Дж .; Ниу, Дж .; Ма, Х .; Сю Дж.; Чжан, Х .; Янг, С .; Янг, Д. (2002). «Кремний нанотрубалары». Қосымша материалдар. 14 (17): 1219. дои:10.1002 / 1521-4095 (20020903) 14:17 <1219 :: AID-ADMA1219> 3.0.CO; 2-T.
  6. ^ Мошит, Ишай; Патолский, Фернандо (2009). «Пішінмен және габаритпен басқарылатын бір кристалды кремний және SiGe нанотүтікшелері: нанотұйықты FET құрылғыларына қарай». Американдық химия қоғамының журналы. 131 (10): 3679–3689. дои:10.1021 / ja808483t.
  7. ^ а б Тагинежад, Мұхаммед; Тагинежад, Хоссейн (2012). «Жоғары деңгейлі кремний нанотрубаларының (SiNT) өздігінен жиналатын өсуіне арналған никель − алтынды екі қабатты катализаторларды жасау техникасы». Нано хаттары. 13 (3): 889–897. дои:10.1021 / nl303558f.
  8. ^ Мората, Алекс; Pacios, Mercè; Гадея, Жерар; Флокс, Кристина; Кадавид, Дорис; Кабот, Андрей; Таранкон, Альберт (2018). «Үлкен аумақты және бейімделетін электромагнитті кремний негізіндегі термоэлектрлік наноматериалдар, энергияны конверсиялау тиімділігі жоғары». Табиғат байланысы. 9 (1). дои:10.1038 / s41467-018-07208-8. ISSN  2041-1723. PMC  6232086.
  9. ^ Цзэн, Сяо Ченг; Танака, Хидеки (2004 ж. 10 мамыр). «Ғалымдар металл болып көрінетін кремний нанотрубаларын модельдейді (AzO нанотехнологиялары)». AZoNano.
  10. ^ Бардсли, граф (сәуір, 2009). «Құм опциясы: кремнийден энергия» (PDF). Австралиялық ғылыми-зерттеу және шолу.
  11. ^ МакДермотт, Мат. (2009-09-23) Li-Ion батареясының жетістігі: кремний нанотрубаларының қуатын арттыру 10х. TreeHugger. 2015-11-13 аралығында алынды.

Сыртқы сілтемелер