Наномеш
Неорганический наноструктурированный двумерный материал
Перспективный вид наносетки, структура которой заканчивается в задней части рисунка. Расстояние между двумя центрами пор составляет 3,2 нм, а глубина пор составляет 0,05 нм.

Наномеш — это неорганический наноструктурированный двумерный материал, похожий на графен . Он был открыт в 2003 году в Университете Цюриха , Швейцария. [1]

Он состоит из одного слоя атомов бора (B) и азота (N), который формируется путем самосборки в высокорегулярную сетку после высокотемпературного воздействия боразина на чистую поверхность родия [1] или рутения [2] в условиях сверхвысокого вакуума .

Наносетка выглядит как совокупность гексагональных пор [3] (см. изображение справа) в масштабе нанометра (нм). Расстояние между двумя центрами пор составляет всего 3,2 нм, тогда как каждая пора имеет диаметр около 2 нм и глубину 0,05 нм. Самые нижние области прочно связаны с лежащим под ней металлом, в то время как провода [3] (самые верхние области) связаны с поверхностью только посредством сильных когезионных сил внутри самого слоя.

Наносетка нитрида бора стабильна не только в вакууме, [1] воздухе [4] и некоторых жидкостях, [5] [6] , но и при температурах до 796 °C (1070 K). [1] Кроме того, она демонстрирует исключительную способность захватывать молекулы [5] и металлические кластеры , [2] которые имеют схожие размеры с порами наносетки, образуя хорошо упорядоченный массив. Эти характеристики могут обеспечить применение материала в таких областях, как функционализация поверхности , спинтроника , квантовые вычисления и носители данных, такие как жесткие диски .

Структура

Поперечное сечение наносетки на родии, показывающее области пор и проволок

Наносетка h-BN представляет собой одинарный лист гексагонального нитрида бора , который формируется на подложках, таких как кристаллы родия Rh (111) или рутения Ru (0001), в процессе самосборки .

Элементарная ячейка наносетки h-BN состоит из 13x13 атомов BN или 12x12 атомов Rh с постоянной решетки 3,2 нм. В поперечном сечении это означает, что 13 атомов бора или азота сидят на 12 атомах родия. Это подразумевает изменение относительного положения каждого BN по отношению к атомам подложки в элементарной ячейке, где некоторые связи более притягательны или отталкивательны, чем другие (сайт-селективное связывание), что вызывает гофрирование наносетки (см. правое изображение с порами и проволоками).

Амплитуда гофрировки наносетки 0,05 нм оказывает сильное влияние на электронную структуру , где наблюдаются две отдельные области BN. Их легко распознать на нижнем правом изображении, которое является измерением сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), а также на нижнем левом изображении, представляющем теоретический расчет той же области. Сильно связанная область, назначенная порам, видна синим цветом на левом изображении ниже (центр ярких колец на правом изображении), а слабо связанная область, назначенная проводам, отображается желто-красным цветом на левом изображении ниже (область между кольцами на правом изображении).

Теоретический расчет высоты наномеша N относительно подложки. Изображение показывает такое же пятно, как и предыдущее изображение STM.

   

Наномешетка из нитрида бора, полученная с помощью СТМ при 77К.

   

На правом изображении показана наносетка нитрида бора, измеренная с помощью СТМ при 77 К, где каждый «шарик» представляет собой один атом N. Центр каждого кольца соответствует центру пор.

Левое изображение представляет собой теоретический расчет той же области, где дана высота N относительно подложки. Точное расположение атомов Rh, N и B дано для трех различных областей (синяя: поры, желто-красная: провода).

Более подробную информацию см. в [1] [2] [4] [5] [7] .

Характеристики

Молекулы нафталоцианина испаряются на наносетке. Они только адсорбируются в порах, образуя четко определенный рисунок.

Наномеш стабилен в широком диапазоне сред, таких как воздух, вода и электролиты среди прочих. Он также устойчив к температуре, поскольку не разлагается при температурах до 1275 К в вакууме. В дополнение к этим исключительным стабильности наномеш демонстрирует необычайную способность действовать как каркас для металлических нанокластеров и улавливать молекулы, образуя хорошо упорядоченный массив.

В случае золота (Au) его испарение на наносетке приводит к образованию четко определенных круглых наночастиц Au, которые центрируются в порах наносетки.

Рисунок STM справа показывает молекулы нафталоцианина (Nc), которые были осаждены паром на наносетку. Эти плоские молекулы имеют диаметр около 2 нм, что сопоставимо с размером пор наносетки (см. верхнюю вставку). Прекрасно видно, как молекулы образуют упорядоченный массив с периодичностью наносетки (3,22 нм). Нижняя вставка показывает область этого субстрата с более высоким разрешением, где отдельные молекулы заперты внутри пор. Кроме того, молекулы, по-видимому, сохраняют свою нативную конформацию , что означает, что их функциональность сохраняется, что в настоящее время является проблемой в нанонауке .

Такие системы с большим расстоянием между отдельными молекулами/кластерами и незначительными межмолекулярными взаимодействиями могут быть интересны для таких приложений, как молекулярная электроника и элементы памяти , в фотохимии или в оптических устройствах.

Более подробную информацию см. в [2] [5] [6] .

Подготовка и анализ

Разложение боразина на поверхностях переходных металлов.

Хорошо упорядоченные наномеши выращиваются путем термического разложения боразина (HBNH) 3 , бесцветного вещества, которое является жидким при комнатной температуре. Наномеши получаются после воздействия боразина на атомарно чистую поверхность Rh (111) или Ru (0001) методом химического осаждения из паровой фазы ( CVD).

Подложка поддерживается при температуре 796 °C (1070 K), когда в вакуумную камеру вводится боразин в дозе около 40 л (1 Ленгмюр = 10−6 торр сек ). Типичное давление паров боразина внутри сверхвысоковакуумной камеры во время экспозиции составляет 3x10−7 мбар .

После охлаждения до комнатной температуры регулярная структура сетки наблюдается с использованием различных экспериментальных методов. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) дает прямой взгляд на локальную реальную пространственную структуру наносетки, в то время как дифракция низкоэнергетических электронов (ДЭЭ) дает информацию о поверхностных структурах, упорядоченных по всему образцу. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УФЭС) дает информацию об электронных состояниях в самых внешних атомных слоях образца, т.е. электронную информацию верхних слоев подложки и наносетки.

Смотрите также

Другие формы

CVD боразина на других подложках до сих пор не привело к образованию гофрированной наносетки. Плоский слой BN наблюдается на никеле [8] и палладии , [9] [10], тогда как на молибдене [11] вместо этого появляются полосатые структуры .

Ссылки и примечания

  1. ^ abcde М. Корсо; Аувертер, Вилли; Мунтвайлер, Матиас; Тамай, Анна; и др. (2004). «Наносетка нитрида бора». Наука . 303 (5655): 217–220. Бибкод : 2004Sci...303..217C. дои : 10.1126/science.1091979. PMID  14716010. S2CID  11964344.
  2. ^ abcd А. Горячко; He, Y; Knapp, M; Over, H; et al. (2007). «Самоорганизация гексагональной наномеши нитрида бора на Ru(0001)». Langmuir . 23 (6): 2928–2931. doi :10.1021/la062990t. PMID  17286422.
  3. ^ ab В литературе можно найти различные слова, обозначающие схожие понятия. Ниже приведен их краткий обзор:
    • Поры, отверстия, дырки: области наносети, которые наиболее близко прилегают к подложке из-за сильного притяжения. Они образуют углубления глубиной 0,05 нм, имеющие шестиугольную форму.
    • Провода: области наносети, относящиеся к границе пор, которые расположены дальше от подстилающего субстрата и, следовательно, представляют собой верхнюю часть наносети.
  4. ^ ab O. Bunk; Corso, M; Martoccia, D; Herger, R; et al. (2007). "Исследование поверхностной рентгеновской дифракции наносетки нитрида бора в воздухе". Surf. Sci . 601 (2): L7–L10. Bibcode : 2007SurSc.601L...7B. doi : 10.1016/j.susc.2006.11.018.
  5. ^ abcd S. Berner; M. Corso; et al. (2007). «Boron Nitride Nanomesh: Functionality from a Corrugated Monolayer». Angew. Chem. Int. Ed . 46 (27): 5115–5119. doi :10.1002/anie.200700234. PMID  17538919.
  6. ^ ab R. Widmer; Berner, S; Groning, O; Brugger, T; et al. (2007). «Электролитическое in situ STM-исследование h-BN-Nanomesh». Electrochem. Commun . 9 (10): 2484–2488. doi :10.1016/j.elecom.2007.07.019.
  7. ^ Р. Ласковски; Блаха, Питер; Галлаунер, Томас; Шварц, Карлхайнц (2007). "Модель однослойной наномеши h-BN на поверхности Rh(111)". Phys. Rev. Lett . 98 (10): 106'802. Bibcode : 2007PhRvL..98j6802L. doi : 10.1103/PhysRevLett.98.106802. PMID  17358554.
  8. ^ T. Greber; Brandenberger, Louis; Corso, Martina; Tamai, Anna; et al. (2006). "Однослойные гексагональные пленки нитрида бора на Ni(110)". EJ. Surf. Sci. Nanotech . 4 : 410. doi : 10.1380/ejssnt.2006.410 .
  9. ^ М. Корсо; Гребер, Томас; Остервальдер, Юрг (2005). «h-BN на Pd (110): настраиваемая система для самоорганизующихся наноструктур?». Серфинг. Наука . 577 (2–3): L78. Бибкод : 2005SurSc.577L..78C. дои : 10.1016/j.susc.2005.01.015.
  10. ^ M. Morscher; Corso, M.; Greber, T.; Osterwalder, J. (2006). «Формирование одинарного слоя h-BN на Pd(111)». Surf. Sci . 600 (16): 3280–3284. Bibcode :2006SurSc.600.3280M. doi :10.1016/j.susc.2006.06.016.
  11. ^ М. Аллан; Бернер, Саймон; Корсо, Мартина; Гребер, Томас; и др. (2007). «Настраиваемая самосборка одномерных наноструктур с ортогональными направлениями». Nanoscale Res. Lett . 2 (2): 94–99. Bibcode :2007NRL.....2...94A. doi :10.1007/s11671-006-9036-2. PMC 3245566 . 

http://www.nanomesh.ch

http://www.nanomesh.org

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanomesh&oldid=1092625976"