階層的なその場合成

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16955 (2022) この記事を引用

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ナノマテリアルは、環境発電システム、生物医学機器、高強度複合材料の性能向上において大きな関心を集めています。 より精巧で不均一なナノ構造を製造する多くの研究が行われ、その後、TEM 断層撮影画像を使用して構造の特徴が明らかにされ、製造技術が向上しました。 努力にもかかわらず、複雑な製造プロセス、凝集特性、および不均一な出力により、3D パノラマ ビューを直接表示するには依然として限界がありました。 今回我々は、Ag2S触媒下でZnSナノワイヤーコアとナノ粒子からなる複雑で階層的に集合したナノ構造を調製するためのその場合成法を提案した。 我々は、気化したZnとSが温度だけで異なる形状のナノ構造に固化することを実証した。 私たちの知る限り、これは、気相-液体-固体からのナノワイヤーと、その場での温度制御による気相-固体成長機構からのナノ粒子からなる不均質なナノ構造の合成の最初の実証である。 得られた階層的に集合した ZnS ナノ構造は、さまざまな TEM 技術によって特性評価され、結晶成長メカニズムが検証されました。 最後に、電子断層撮影法と 3D プリンティングにより、ナノスケール構造をセンチメートルスケールで視覚化できるようになりました。 ランダムに製造されたナノマテリアルからの 3D プリンティングは、これまでのところほとんど実行されていません。 共同研究は、高度で洗練されたナノ構造を作製するためのより良い機会を提供する可能性がある。

ナノマテリアルは、表面特性が強化されているため非常に興味深いため、高性能エネルギー貯蔵および酸化還元反応プラットフォーム、生体内標的薬物送達、機械的強度強化のための添加剤、およびプラズモニック光方向コントローラーに使用できます1、2、3。 、4、5、6、7。 ただし、人工ナノ構造の準備には、全体の形状を制御し、ターゲット基板上のナノ材料の正確な位置を制御するための複雑な製造ステップが必要です。 これに対応して、今日のさまざまな人工ナノスケール物質の開発における急速な進歩に対応する、新しい視覚化ツールのニーズが高まっています8、9、10、11、12。 視覚化するには、そのようなナノスケール物質の複雑な構造の詳細を、それらの本質的な原子に近い寸法に関連する長さスケールで直接検査し、検証する必要があります。 同時に、得られた構造情報と知識は、明確化と理解のために追加の特性評価ツールを必要としない、より大きなスケールで容易に変換する必要があります。

化学蒸着 (CVD)、熱蒸着、熱溶液法などのさまざまな方法でナノ構造を調製するために、多くの研究が行われてきました 12、13、14、15、16、17、18。 次に、ナノワイヤ、ナノリボン、ナノシート、ナノ粒子の形状のさまざまなタイプのナノ構造が開発されています。 ナノ構造製造技術は劇的に発展しましたが、調製されたナノ材料はナノスケール構造間で凝集する傾向があり、ナノ材料本来の性能が減衰します19、20、21、22、23。 したがって、コア/シェル構造や表面改質などの不均一構造は、ナノ材料の機能を維持し、さらに強化するために研究されてきました16、17、18、24、25、26、27。 さまざまなナノ構造とその作製方法は高度な異種構造へと進化を続けていますが、その作製方法には複雑かつ精緻なプロセスが必要です。 透過型電子顕微鏡 (TEM) は、原子スケールに近い構造を特徴づけるための典型的なツールであり、二次元 (2D) に投影されたナノ材料を捕捉します。 この測定技術は、ナノ材料の検査をより原子スケールに近づけるのに役立ち、したがって、この技術の使用は、高度なナノ構造を製造するための補完的な戦略となるでしょう28、29。