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建造异质复杂风度翩翩维微米结构方式切磋获进

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建造异质复杂风度翩翩维微米结构方式切磋获进

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多段异质纳米线研究取得进展

构筑异质复杂一维纳米结构方法研究获进展 由晶态硅纳米管(黑色)和金纳米线(黄色)组成的异质复杂纳米结构示意图与单一材料的一维纳米结构相比,由异质材料组成的复杂形貌一维纳米结构,具有更多的功能与更好的性能。这种异质复杂一维纳米结构在各种纳米器件与多功能复杂系统中具有广泛的应用前景。此前,人们根据高纯铝在阳极氧化过程中所形成孔的直径与阳极氧化电压成正比的关系,采用在阳极氧化过程中降低电压、化学气相沉积等方法,制备了具有多代分支结构的碳纳米管(PNAS 102, 7074 (2005))。最近,中科院合肥物质科学研究院固体所孟国文小组在用模板法构筑多代分支形貌的晶态硅纳米管、晶态硅纳米管与金纳米线组成的分支形貌的异质纳米结构、以氧化铝为壳层的纳米电缆等异质复杂一维纳米结构方面取得新进展。硅是现代半导体工业的核心材料,硅纳米管与硅基半导体技术完全兼容,在传感器、晶体管、储氢、光电器件等方面有广泛的应用前景。硅原子比碳原子更倾向于形成sp3杂化(碳原子之间通常形成sp、sp2和sp3杂化)。实验中一般容易获得硅纳米线,而很难获得硅纳米管。该组陈本松、许巧玲博士用具有多代分支形貌孔的氧化铝模板法构筑了具有相应几何形貌的硅纳米管。经过大量摸索试验,在不使用任何催化剂的条件下,通过调节化学气相沉积过程中的各种工艺参数,利用氧化铝模板孔道的几何形貌限域作用与自催化作用,获得了与氧化铝模板孔形貌完全一致的多代分支形貌的非晶硅纳米管。为了提高非晶态硅纳米管的结晶性,科研人员采用后续退火处理的方法将非晶硅纳米管转化为晶态硅纳米管,从而获得了具有多代分支形貌的高纯度晶态硅纳米管,相关论文发表在Adv. Funct. Mater. 20, 3791(2010)。在此基础上,该小组采用以前合成由碳管与可电沉积材料纳米线组成的分支形貌异质纳米结构的类似方法(详见Meng, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 48,7166(2009)),成功地构筑了由晶态硅纳米管与金纳米线组成的分支形貌异质纳米结构(见图1所示),相关论文发表在ACS NANO 4,7105-7112 (2010)。纳米电缆属于一维纳米结构中的径向异质结构,在纳米电子学领域有广泛的应用前景。该小组杨大驰博士此前发明了一种合成由两种可电沉积材料组成的纳米电缆的通用方法(详见Appl. Phys. Lett. 92,083109(2008))。如果纳米电缆的壳层为氧化物绝缘体,则壳层可以作为芯部的保护层、绝缘层及场效应晶体管的栅极氧化物等。最近,科研人员发明了一种合成以氧化铝绝缘体为壳层的纳米电缆的普适方法。这些纳米电缆芯部的纳米线和纳米管的材料可以是金属、金属氧化物、导电聚合物、化合物半导体以及单质碳、硅和锗等。相关论文作为卷首插画论文发表在《应用化学》 50, 2036-2040 (2011)。此前,人们已经报道了几种合成以氧化硅和氧化铝为绝缘层的纳米电缆的方法,然而,却不能对纳米电缆的芯部材料种类及其结构进行有效调控。而对芯部材料种类和结构的控制,对构筑具有各种功能的纳米器件和系统具有重要的意义。相关工作得到中科院、国家基金委和科技部等资助。更多阅读《应用化学》发表论文摘要

多段异质纳米管与纳米线组成的分支形貌结构示意图

构筑的纳米结构之一(Y-SiNT/2AuNWs/2CNTs),其中(a)为构筑的流程图,(b)为表征结果。

由多段异质材料纳米线与纳米管联结组成的纳米结构,是纳米光电子器件的重要组成单元,同时,这种结构在条形编码、光学读出、生物、催化、自组装和磁操纵等方面有广泛的应用前景。此前,人们虽然构筑了由多种纳米材料(结构)组成的异质纳米结构。例如:金属/聚合物、半导体/半导体、金属/半导体和金属/金属等材料组成的异质结纳米线,金属/金属纳米管异质结构,碳纳米管/纳米线异质结构,以及树状形貌的纳米线异质结构等,但是,这些研究尚不能有效的控制异质结构的形貌、不同部位的几何结构(管或线)与成分,而这对于构筑具有多功能的纳米器件与系统具有极其重要的意义。最近,中科院固体物理所孟国文小组在多段异质纳米线与纳米管组成的分支结构研究方面取得进展。首先,科研人员以分支形貌孔的氧化铝为模板,采用电沉积(生长纳米线)与化学气相沉积技术(生长纳米管)结合,获得了四种由纳米线/纳米管联结组成的复杂分支结构。在此基础上,他们在化学气相沉积前,用选择腐蚀技术腐蚀掉一小段纳米线,紧接着在纳米线的两端生长纳米管,从而筑了三种由纳米管/纳米线/纳米管组成的三段异质分支纳米结构。在上述这些结构中,组成纳米线的材料既可以是磁性和非磁性纯金属材料,也可以是其它能用电沉积方法获得的材料。例如,半导体硫化镉,磁性钴铂、镍钴合金等。就复杂结构中的纳米管而言,既可以是用化学气相沉积法生长的碳纳米管和硅纳米管,也可以是用溶胶-凝胶法获得的氧化硅纳米管。并且,在纳米管/纳米线/纳米管三段结构中,位于两端部的纳米管既可以由同种材料组成,也可以由不同材料组成。 这些多段异质纳米线与纳米管组成的分支结构,在纳米电子学、纳米器件以及纳米系统等领域有广泛的前景。上述研究成果撰写的论文在德国《应用化学》网络版发表后,很快被Nature China作为Research Highlights以标题Nanoelectronics: Now at a junction报道。最近,该论文发表在Angew. Chem. Int. Ed. 48 (39), 7166-7170 (2009)上。同时,这篇文章被选为该期的四篇重要论文之一,在扉页上也对本文作了简要介绍。该工作得到国家杰出青年基金、纳米研究重大科学研究计划和中科院百人计划等资助。更多阅读《应用化学》发表论文摘要

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