Дефекты кристаллической решетки и нанотрубки |
26.04.2010 г. | |
У современных специалистов в области нанотехнологий уже почти нет проблем в получении широкого круга наноразмерных объектов – нанопроводов, нанотрубок и даже «нано-деревьев». Однако, в настоящее время еще нет системы теоретических обобщений, позволяющей точно предсказать, как образуются эти объекты. Схема реактора непрерывного потока (сверху), с помощью которого изучалось образование наноструктур и диаграммы сверхнасыщения (снизу). (Рисунок Science, 2010; 328 (5977): 476) Исследовательская группа Сонг Хина (Song Jin) из Университета Висконсина-Мэдисона продемонстрировали, что простой дефект кристаллической решетки, известный как дислокация Бюргерса (винтовая дислокация - screw dislocation) направляет рост полой нанотрубки из оксида цинка. Результаты открытия важны, так как они могут пролить свет на механизм образования наноразмерных объектов, что важно для создания теоретического фундамента нанонауки и нанотехнологии. Хин полагает, что сформулированные в ходе его исследования закономерности роста нанопроводов или нанотрубок в отсутствие металлических катализаторов могут быть применимы ко многим другим материалам. Наноматериалы находят широкое применение в различных областях, таких как электроника, устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую, лазерной технологии, химических и биологических сенсорах. Дальнейшая работа над совершенствованием теоретических обобщений особенностей формирования наночастиц может привести к разработке новых методов массового производства наноразмерных частиц из различных материалов. По словам Хина и его коллег, образование наноразмерных объектов зависит от того, что называют дислокацией Бюргерса. Дислокации представляют собой основы для роста и характеристики всех кристаллических материалов. Дислокация Бюргерса или винтовая дислокация способствует образованию спиральных структур на ровной грани кристалла. Ранее Хин с коллегами продемонстрировал, что винтовая дислокация способствует образованию одномерных нанопроводов. Ключевым моментом, объясняющим влияние дефектов на образование наноструктур является то, что спиральные дислокации вызывают напряжение, и растущий двумерный кристалл «изгибается», приводя к формированию структуры с полостью. Джин поясняет, что значительное напряжение, вызванное винтовой дислокацией, может приводить к самопроизвольному образованию нанотрубок. Явление, описанное в новой работе исследователей из Висконсина, существенно отличается от устоявшихся представлений о механизме образования полых наноструктур и методах их получения. В настоящее время для получения полых нанообъектов, как правило, применяют шаблоны или диффузионные процессы, способствующие превращению нанообъектов одного типа в другие. Исследователи из Университета Висконсина-Мэдисона надеются, что доработка теории сможет привести к созданию новых промышленных дешевых методов получения наноматериалов с широким спектром полезных свойств. Источник: 1. Science, 2010; 328 (5977): 476 DOI: 10.1126/science.1182977 2.http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2074 |