Nanožice

1. Univerza v LjubljaniFakulteta za matematiko in fiziko Nanožice Jure Strle mentor: prof. dr. Dragan Mihailovič maj 2007

2. Kazalo • Uvod • Sinteza • Lastnosti • Nanožice Mo6S9-xIx • Zaključek

3. Uvod 1D nanostrukture • 1991 S. Iijima odkrije ogljikove nanocevke • znanih več tipov 1D nanostruktur: - nanožice - nanocevke - nanopaličice - nanopasovi • veliko različnih materialov tvori nanostrukture: - čisti elementi (C, Si, B, Au, Fe, Ni,...) - oksidi (MgO, Al2O3, TiO2, ZnO,...) - nitridi (GaN, AlN,...), karbidi (SiC,...) - kovinski halkogenidi (CuS, MoS2,...) - polprevodniki (GaAs, InP,...) - druge

4. Sinteza Strategije za 1D rast • A) rast narekuje anizotropna kristalna zgradba • B) rast nanožice iz kapljice taline zmesi • C) uporaba šablone ali kalupa • D) uporaba reagentov, ki zavirajo rast določenih kristalnih površin • E) samourejanje 0D nanodelcev • F) zmanjševanje velikosti obstoječih 1D mikrostruktur

5. Sinteza Mehanizem para-kapljevina-trdnina • zlitina ima nižje tališče kot posamezne snovi • pri kondenzaciji elementa iz pare se ta najprej raztaplja v kovini (topilu), po prenasičenju raztopine pa se izloča na njeni površini • primer: nanožica Ge s katalizatorjem Au I - nastanek zlitine II - nukleacija III - vzdolžna rast nanožice • soroden mehanizem raztopina-kapljevina-trdnina

6. Sinteza Uporaba šablon • kanali v poroznih materialih • samourejene molekularne strukture • substrati s primerno topografijo: - kanali - lomi večplastnih filmov - robovi kristalnih plasti • obstoječe nanožice • navadno rast poteka iz raztopin • polikristalinične nanožice

7. Sinteza Druge metode • rast s pomočjo oksidov • karbotermične reakcije • mehanizem para-trdnina • rast s pomočjo zavirajočih reagentov ... Nadzor rasti • premer • orientacija • mesto rasti

8. Lastnosti Termična stabilnost • tališče snovi se zniža, ko se zmanjšajo dimenzije • konci nanožic iz nekega materiala se začnejo taliti pri tudi do 300 K nižjih temperaturah, kot je tališče večjih kosov enake snovi • lažja manipulacija z žicami (rezanje, varjenje) • velika občutljivost na okolje Optične lastnosti • z manjšanjem premera nanožice se zamaknejo energijski nivoji • modri premik absorpcijskega spektra • izsevana svetloba je polarizirana vzdolž osi nanožice • z nanopaličicami ZnO so uspeli ustvariti laserski efekt

9. Lastnosti Mehanske lastnosti • dlačice materiala – manj defektov na enoto dolžine kot 3D monokristali • visoka trdnost in elastičnost • leta 1997 izmerijo mehanske lastnosti nanopaličic z mikroskopom na atomsko silo E ... prožnostni modul I ... vztrajnostni moment ploskve (preseka) f... gostota sile trenja P ... sila osti mikroskopa

10. Lastnosti Mehanske lastnosti

11. Lastnosti Elektronski transport • z manjšanjem premera se spremenijo elektronske lastnosti nanožic, z zamiki elektronskih pasov se lahko odprejo ali povečajo energijske vrzeli med njimi • opaženi so bili prehodi: - kovina -> polprevodnik - polprevodnik -> izolator • kvantizacija prevodnosti (v enotah 2e2h-1) je neodvisna od materiala • nanožice se ponujajo kot zelo perspektiven element v izgradnji elektronskih naprav z “bottom-up” pristopom • nanožice so uspeli urediti že v vrsto osnovnih elektronskih naprav: - diode - FET tranzistorji - logična vrata AND, OR, NOR

12. Mo6S9-xIx Odkritje • 1993 – nanocevke MoS2 • 2001 – nanocevke MoS2I1/3 • 2003 – družina molekularnih nanožic Mo6S9-xIx Zgradba • analiza je potekala z metodami XRD, EXAFS (rentgenska spektroskopija) in TEM spektroskopijo • molibdenovi atomi tvorijo oktaedre • v verigo jih povezujejo atomi žvepla • oktaedri so obdani z atomi žvepla in joda • stabilne za x = 4.5, 6 (Mo6S3I6, Mo6S4.5I4.5) • premer ene nanožice je 0.95 nm • pri sintezi so posamezne nanožice šibko vezane v svežnje

13. Mo6S9-xIx Sinteza • kristalizacija iz plinaste faze • stehiometrijo določa razmerje množin vhodnih elementov nMo : nS : nI = 6 : 3 : 6 ali 6 : 4.5 : 4.5 • nanožice Mo6S9-xIx niso najstabilnejše spojine Mo, S in I, zato je med produkti veliko z žveplom bogatih nečistoč • dvofazna sinteza – nanožice iz prve faze ponovno “pečemo” ob presežku joda, kemijsko ravnotežje reakcije premaknemo k nanožicam • transportna reakcija – nanožice se razgradijo in ponovno sintetizirajo na hladnejšem delu ampule

14. Mo6S9-xIx Mehanske lastnosti • visok Youngov prožnostni modul Ey • nizek strižni modul G

15. Mo6S9-xIx Prevodnost • izračun: visoko anizotropna kovina • z več metodami smo merili različno debele svežnje nanožic 10-1000 nm

16. Zaključek Zakaj jih imamo radi • Mo6S9-xIx nanožice so topne v veliko organskih topilih in vodi • zaključene so z atomi žvepla in se kot take rade vežejo s tiolno vezjo z: - biološkimi molekulami (nanosenzorji, nanoelektrode, molekularna stikala in spomin) - zlatimi delci (za povezavo z zunanjim svetom) - drugimi spojinami z žveplom • s pomočjo funkcionalizacije (pripetjem željenih kemijskih skupin) koncev nanožic jih želimo uporabiti za povezave med različnimi elektronskimi elementi na molekularnem nivoju s procesom samourejanja Hvala za pozornost!