Nanorurka krzemowa
Nanorurki krzemowe to nanocząsteczki , które tworzą rurkowatą strukturę z atomów krzemu . Podobnie jak w przypadku nanoprzewodów krzemowych , są one ważne technologicznie ze względu na swoje niezwykłe właściwości fizyczne, które zasadniczo różnią się od właściwości krzemu masowego. Pierwsze doniesienia o nanorurkach krzemowych pojawiły się około 2000 roku.
Synteza
Jedną z metod przygotowania nanorurek krzemowych jest użycie reaktora wykorzystującego łuk elektryczny bez użycia katalizatora . Aby zapewnić czystość, reaktor opróżnia się i napełnia niereaktywnym gazem szlachetnym argonem . Rzeczywiste tworzenie nanorurek opiera się na procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej .
Bardziej powszechna metoda laboratoryjna polega na wykorzystaniu jako szablonu nanodrutów z germanu , węgla lub tlenku cynku . Krzem, pochodzący zwykle z silanu lub gazowego tetrachlorku krzemu , jest następnie osadzany na nanoprzewodach, a rdzeń rozpuszcza się, pozostawiając silikonową rurkę. Wzrost nanoprzewodów szablonowych, osadzanie krzemu i trawienie nanoprzewodów, aw konsekwencji geometria powstałych nanorurek Si, można dokładnie kontrolować w drugiej metodzie; jednak najmniejsza średnica wewnętrzna jest ograniczona dziesiątkami nanometrów.
Konwencjonalne mechanizmy para-ciecz-ciało stałe ( VLS ) i ciało stałe-ciecz-ciało stałe (SLS) to ulubione techniki wzrostu jednowymiarowych nanostruktur krzemowych. Jednak zwykle zawierają one tylko jeden rodzaj metalu jako katalizator i dlatego nie można ich używać do wzrostu rurowych (pustych) nanostruktur krzemowych. W niedawnej próbie zastosowano dwuwarstwową warstwę katalizatora niklowo-złotego, aby wykorzystać nierównomierną szybkość wzrostu składowych katalizatorów metalicznych. Wykorzystując te zmodyfikowane techniki VLS i SLS, wyhodowano wielościenne nanorurki krzemowe o grubości ścianki bocznej rzędu kilku nanometrów.
Aplikacje
Ze względu na swoją przewodność balistyczną nanorurki i nanoprzewody krzemowe rozważano do zastosowania w elektronice, np. w generatorach termoelektrycznych . Ponieważ struktura może pomieścić cząsteczki wodoru , więc może przypominać węgiel bez CO 2 , wydaje się, że nanomateriały krzemowe mogą zachowywać się jak paliwo metaliczne. Krzemowa nanorurka naładowana wodorem dostarcza energię, pozostawiając przy tym resztki wody, etanolu, krzemu i piasku. Jednak jako produkcja wodoru wymaga znacznej energii, jest to tylko proponowany sposób magazynowania energii, a nie jej wytwarzania.
Nanorurki krzemowe i nanoprzewody krzemowe mogą być stosowane w akumulatorach litowo-jonowych . Konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe wykorzystują węgiel grafitowy jako anodę, ale zastąpienie go nanorurkami krzemowymi eksperymentalnie zwiększa właściwą (masową) pojemność anody o współczynnik 10 (chociaż ogólna poprawa wydajności jest mniejsza ze względu na znacznie niższe właściwe pojemności katody) .
Innym pojawiającym się zastosowaniem nanorurek krzemowych jest emisja światła. Ponieważ krzem jest półprzewodnikiem z pośrednim pasmem wzbronionym , wydajność kwantowa rekombinacji radiacyjnej w tym materiale jest bardzo niska. Ponieważ grubość nanostruktur na bazie krzemu zmniejsza się poniżej efektywnego promienia Bohra (około 9 nm w krzemie), wydajność kwantowa emisji światła z tego materiału wzrasta dzięki efektowi ograniczenia kwantowego. Na tej podstawie wykazano zdolność fotoemisyjną nanorurek krzemowych o bardzo cienkich ściankach bocznych.
Linki zewnętrzne
- Lyon Science Transfer – Université de Lyon, Francja
- Cienkie warstwy nanocząstek krzemu zwijają się w elastyczne nanorurki, University of Illinois