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Oct 04, 2023

Wissenschaftler verwenden Tenside, um „inert“ zu machen

Die Verbreitung von Bornitrid-Nanoröhren trägt dazu bei, Exotik sichtbar zu machen

Die Verbreitung von Bornitrid-Nanoröhren hilft dabei, exotische Eigenschaften neuer 1D-Materialien aufzudecken

Tokyo Metropolitan University

Bild: Durch chemische Gasphasenabscheidung von Molybdändisulfid auf einer gut isolierten Bornitrid-Nanoröhre entsteht eine koaxiale Nanoröhrenstruktur.mehr sehen

Bildnachweis: Tokyo Metropolitan University

Tokio, Japan – Forscher der Tokyo Metropolitan University haben ein Tensid verwendet, um isolierende Bornitrid-Nanoröhren zu dispergieren und sie ohne Bündelung auf Oberflächen aufzutragen. Das Team zeigte, dass durch Wärmebehandlung das Tensid entfernt werden kann, um saubere nanoskalige Template freizulegen; Durch chemische Gasphasenabscheidung könnten dann unter Verwendung einer Reihe von Materialien koaxiale Nanoröhren auf der Vorlage gebildet werden. Die Möglichkeit, „inerte“ Isolierstrukturen mit Nanoröhren zu beschichten, ermöglicht Wissenschaftlern einen beispiellosen Zugang zu den Eigenschaften neuer Nanoröhrenmaterialien.

Durch Durchbrüche in der Nanotechnologie ist es für Materialwissenschaftler einfacher geworden, an Nanoröhren und Nanoblätter zu kommen. Aber sie isoliert zu studieren ist alles andere als einfach. Da sie oft gebündelt oder aggregiert vorliegen, ist es schwierig, auf die exotischen optischen und elektronischen Eigenschaften zu zielen, die sich aus ihrer reduzierten Dimensionalität ergeben.

Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass Nanoröhrenmaterialien auf der Oberfläche einer Kohlenstoffnanoröhre wachsen können, wodurch gut getrennte Strukturen entstehen, die möglicherweise charakterisiert werden könnten. Kohlenstoffnanoröhren haben jedoch leitende Eigenschaften und absorbieren Licht stark, sodass es schwierig ist, die elektrischen und optischen Eigenschaften des beschichteten Materials von denen der ursprünglichen Nanoröhre zu unterscheiden.

Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Assistenzprofessor Yusuke Nakanishi, Assistenzprofessor Yohei Yomogida und außerordentlichem Professor Yasumitsu Miyata von der Tokyo Metropolitan University stattdessen isolierende Bornitrid-Nanoröhren (BN) als Vorlagen für das Wachstum von Nanoröhren verwendet. Das ist keine leichte Aufgabe: Bornitrid-Nanoröhren sind bekanntermaßen klebrig. Obwohl sie mit einem Tensid dispergiert werden können, das dabei hilft, die Röhrchen auseinanderzuhalten, war nicht klar, ob das Tensid entfernt werden kann, um eine saubere Schablone freizulegen. Jetzt ist es dem Team gelungen, ein Tensid zu finden, das nicht an den Röhrchen haftet; Sie haben auch eine Wärmebehandlung unter Vakuum verfeinert, die saubere, gut isolierte isolierende Nanoröhren-Templates hinterlässt.

Mittels chemischer Gasphasenabscheidung könnten eine Reihe von Materialien auf die Schablonen aufgetragen werden. Die neue Röhre wickelt sich um die ursprünglichen BN-Röhren und bildet so etwas, das wie ein Koaxialkabel im Nanomaßstab aussieht. Da BN ein isolierendes Material ist, ist es wichtig, dass die elektrischen Eigenschaften aller beschichteten Materialien in beispielloser Tiefe untersucht werden können. Dazu gehört eine Eigenschaft namens Chiralität, die „Händigkeit“ in der Struktur der Atome in der Nanoröhre, die zu einer ganzen Reihe exotischer elektronischer Eigenschaften führt.

Grundsätzlich ist das Team davon überzeugt, dass ihre „Nano-Reagenzgläser“ als Vorlage für das Wachstum einer ganzen Reihe unterschiedlicher Materialien dienen können. Mit Molybdändisulfid und Kohlenstoff ist ihnen das bereits gelungen, und es besteht noch Spielraum für viele weitere. Hinzu kommt die optische und elektrische Trägheit ihres BN-Templats, und ihre neue Plattform verspricht nicht nur die Entdeckung von Materialien, sondern auch uneingeschränkten Zugang zu ihren exotischen physikalisch-chemischen Eigenschaften.

Diese Arbeit wurde von JSPS KAKENHI Grant Numbers JP19H02543, JP19K15392, JP20H00220, JP20H02572, JP20H02573, JP20H02605, JP20KK0114, JP21H05232, JP21H05234, JP22H00280 unterstützt , JP22H00283, JP22H01911, JP22K04886, JP22H04957, JP22H05468 und JP22H05469, JST CREST Grant-Nummern JPMJCR17I5, JPMJCR20B1, und JPMJCR20B5 sowie die JST FOREST Program Grant-Nummer JPMJFR213X.

ACS Nano

10.1021/acsnano.2c06067

Tensidunterstützte Isolierung von Bornitrid-Nanoröhrchen mit kleinem Durchmesser zum Formen eindimensionaler Van-der-Waals-Heterostrukturen

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