Name: צמיחה ללא גרעינים של מערך ביסמוט Nanowire באמצעות אידוי תרמי אבק (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: למד לגדל מערכי nanowires של ביסמוט באיכות גבוהה ללא זרעים באמצעות אידוי תרמי בוואקום גבוה. שיטה זו מאפשרת סינתזה נקייה וניתנת להרחבה של חומרים נמוכי נקודת התכה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחקר מתבצע במרכז לננו-חומרים פונקציונליים, המעבדה הלאומית ברוקהייבן, הנתמך על ידי משרד האנרגיה של ארצות הברית, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, תחת חוזה מס. דה-SC0012704.

זהירות: יש להתייעץ בכל גיליונות הנתונים של בטיחות חומרים הרלוונטיים (MSDS) לפני השימוש. ייתכן שיש לי ננו מפגעים נוספים בהשוואה לעמיתו בתפוצה רחבה שלהם. אנא השתמש בכל נהלי הבטיחות המתאימים בעת טיפול במצעים המכוסה nanomaterial, כולל השימוש בפקדי הנדסה (מנדף) וציוד מגן אישי (משקפי מגן, כפפות, מעיל מעבדה, מכנסיים באורך מלאים, ונעליים סגורות). 1. מכין עבודה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת מערכת שיקוע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent קאמרי בתצהיר ללחץ אווירה ולפתוח את התא. האוורור נעשה על ידי לחיצה על הכפתור &quot;התחל מחשב אוורור&quot; על ממשק תוכנת שליטה, אשר באופן אוטומטי מתחיל רצף שלפרוק תא לחץ אווירה. כשהגיע לחץ האווירה לפתוח את התא על ידי משיכת דלת Accessing הקדמית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר סירת אידוי טונגסטן (אלומינה המצופה) בין זוג אלקטרודות אידוי תרמית. מקום 1כדורי יסמוט גרם לסירה האידוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר יעד המקרטעת ונדיום למקור המקרטעת magnetron. עיין בצעד 1.1.4) למערכת בתצהיר שאינו מצויד במקור המקרטעת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> (לא חובה, למערכת בתצהיר שאינו מצויד במקור המקרטעת) הר סירת אידוי טונגסטן בין זוג אלקטרודות אידוי תרמית. הנח שבלולים ונדיום 0.5 גרם לסירה האידוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המחברים מיני-בננה (שני לחימום / קירור כוח ושתי לבדיקת טמפרטורה) של בקר טמפרטורת לולאה הסגור למוזנים החשמליים של המערכת בתצהיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת מצעי גידול הערה: ההיווצרות של ננו-חוטים ביסמוט היא רגישה למצע הגידול של בחירה. תוצאות דומות התקבלו משקופיות זכוכית, פרוסות סיליקון, או מתכת. מומלץ על ידי הסופרים שהמצע יש לנקות מייד לפני האדיםתהליך הדחה, על מנת להשיג הידבקות של underlayer נדיום עקבית. טכניקות ניקוי מצע שונות, כוללים ניקוי פלזמה וניקוי כימי רטוב, ניתן ליישם ולהוביל לתוצאות דומות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי מצעי גידול על ידי פלזמה חמצן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מצעי גידול לשואב פלזמה ולשאוב את התא, על ידי לחיצה על &quot;VAC על&quot; כפתור, ללחץ בסיסה של 10 mTorr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את שסתום גז החמצן ולהציג את גז חמצן לתא על ידי לחיצה על &quot;הגז&quot; כפתור בלוח הקדמי ולהתאים את קצב הזרימה על ידי לחיצה על &quot;אינקר&quot; והכפתורים &quot;DECR&quot; לשליטת גז קצב זרימה כדי לשמור על לחץ קאמרי mTorr של כ -100. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את כוח הפלזמה ב 20 W על ידי לחיצה על &quot;אינקר&quot; והכפתורים &quot;DECR&quot; לשליטת כוח ולהצית את הפלזמה על ידי לחיצה על &quot;RF על&quot; כפתור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתן 5 דקות לפני כיבוי הפלזמה על ידי לחיצה על &quot;; RF ON &quot;. כפתור Vent התא על ידי לחיצה על הכפתור&quot; לדמם &quot;ולאחזר את מצעים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי מצעי גידול בשיטה כימית רטובה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את מצעי הגידול באצטון הכלולים בכוס. מניחים את הכוס לultrasonicator וsonicate 2 דקות בכח המרבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מצעים מהכוס ולשטוף אותם עם זרם של אלכוהול מוחלט מבקבוק לשטוף במשך 30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את מצעים בזרם של גז חנקן. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שאיבת מערכת תצהיר טעינה ומצע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר ההרכבה בקרת טמפרטורת מצע לבעל המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בקטעי האביב להר מצעי גידול על גבי ההרכבה קרירה / דוד פלטייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר בעל מצע המורכב בשלמות לתוך תא שיקוע, עם מצעים מול המקורות בתצהיר. חבר את הרכיבים מוזני חשמל לקריר Peltier / הרכבה דוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את תריס המצע, כדי למנוע בתצהיר מכוון למצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל לשאוב את התא בתצהיר. השאיבה מתבצעת על ידי לחיצה על הכפתור &quot;התחל שאיבת מחשב&quot; על ממשק תוכנת שליטה, אשר באופן אוטומטי מתחיל רצף שלשאוב תא לחץ הבסיס שלה. </li></ol></li></ol> 2. צמיחה של nanowires ביסמוט הערה: הניסוי לא זז לשלב הבא עד לחץ הבסיס של החדר בתצהיר הגיע 2 × 10 -6 Torr או מתחת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של underlayer נדיום הערה: שחזור הניסוי הטוב ביותר מושגת כאשר underlayer נדיום הוא שהופקד על ידי השיטה המקרטעת magnetron. בהעדר מקור המקרטעת, שחזור גבוה יכול גם להיות מושגת על ידי הפקדה עדיין underlayer נדיום בשיטת אידוי תרמי, ובלבד שחה המערכת בתצהירלחץ sa נמוך בסיס (≤ 5 × 10 -7 Torr). עיין בצעד 3.1.2 לפרטים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר ונדיום עם מקור המקרטעת magnetron. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל זרימת ארגון במקור המקרטעת. קצב זרימה מוגדר 40 SCCM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את קצב המהפכה של משאבת turbomolecular ללחץ קאמרי של 2.5 mTorr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד קאמרי מגיע לחץ המצב היציב שלה בהדרגה, להגדיר את גורמי כיול העובי לQCM. ולנדיום, הצפיפות היא 5.96 גר &#39;/ סנטימטר 3 וZ-הגורם הוא .530. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המקור המקרטעת DC ולהגדיר את הכח ב200-250 וו למערכת בתצהיר המופעלת על ידי המחברים, השיעור בתצהיר הוא כ -0.4 / sec בכוח הזה. מבלי לפתוח את תריס המצע, לשמור על המקור פועל במשך 2 דקות. הערה: באמצעות צעד זה תחמוצת הילידים במקור נדיום מוסרת, חשיפת פני השטח ונדיום טרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תריס המצע להתחיל depositio נדיוםn. בינתיים, לאפס את העובי המצטבר של QCM לאפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך בתצהיר עד עובי 20 ננומטר, לכאורה, של מצטבר, לקריאת QCM. סגור את תריס המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהדרגה להקטין את כוח גמגום לאפס. הפעל את המקור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכבות את זרימת הארגון. החזר את משאבת turbomolecular לכח המלא שלו. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> (לא חובה, למערכת בתצהיר שאינו מצויד במקור המקרטעת) בתצהיר ונדיום עם מקור אידוי תרמית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשל נקודת ההתכה הגבוהה של ונדיום (1,910 מעלות צלזיוס) ואת נכונותה לחמצון, מומלץ כי האידוי התרמי שלה להתנהל בלחץ בסיס של 5 × 10 -7 Torr או נמוך יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את גורמי כיול העובי לQCM. ולנדיום, הצפיפות היא 5.96 גר &#39;/ סנטימטר 3 וZ-הגורם הוא .530. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את כוח אידוי אספקת תרמית למקור ונדיום.לאט לאט להגדיל את כוח החימום לסירת טונגסטן עד שבלולים ונדיום להמס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם תריס המצע המשיך סגור, להגדיל לאט כוח החימום עד שיעור בתצהיר של 2 / sec מושגת, לקריאת QCM. פתח את תריס המצע להתחיל בתצהיר ונדיום. בינתיים, לאפס את העובי המצטבר של QCM לאפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך בתצהיר עד עובי לכאורה של 50 ננומטר מצטבר. סגור את תריס המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהדרגה להקטין את כוח האידוי התרמי לאפס. הפעל את המקור. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של ננו-חוטים ביסמוט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתצהיר ביסמוט בטמפרטורה מעל או מתחת RT, להגדיר את הערך הרצוי לבקר הטמפרטורה. חכה עד שתגיע לטמפרטורה הרצויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את גורמי כיול העובי לQCM. ביסמוט, הצפיפות היא 9.78 גר &#39;/ סנטימטר 3 וZ-הגורם הוא .790. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את כוח אידוי תרמית supply למקור ביסמוט. לאט לאט להגדיל את כוח החימום לסירת טונגסטן עד השיעור בתצהיר של 2 / sec מושגת, לקריאת QCM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תריס המצע להתחיל בתצהיר ביסמוט. בינתיים, לאפס את העובי המצטבר של QCM לאפס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך בתצהיר עד עובי לכאורה של 50 ננומטר מצטבר. סגור את תריס המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהדרגה להקטין את כוח האידוי התרמי לאפס. הפעל את המקור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את אספקת חשמל לקירור / החימום החשמלי התרמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent קאמרי בתצהיר ללחץ אווירה ולפתוח את התא. אחזר את בעל המצע ולאסוף ננו-חוטים ביסמוט מצעים מכוסים. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+and+physics+in+one+dimension%3A+Synthesis+and+properties+of+nanowires+and+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Acc.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).</li>
<li>Akimov, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+single+optical+plasmons+in+metallic+nanowires+coupled+to+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots.</a> Nature. 450, 402-406 (2007).</li>
<li>Thurn-Albrecht, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh-density+nanowire+arrays+grown+in+self-assembled+diblock+copolymer+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh-density nanowire arrays grown in self-assembled diblock copolymer templates.</a> Science. 290, 2126-2129 (2000).</li>
<li>Xia, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-dimensional+nanostructures%3A+Synthesis%2C+characterization%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">One-dimensional nanostructures: Synthesis, characterization, and applications.</a> Adv. Mater. 15, 353-389 (2003).</li>
<li>Gudiksen, M. S., Lauhon, L. J., Wang, J., Smith, D. C., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+nanowire+superlattice+structures+for+nanoscale+photonics+and+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics.</a> Nature. 415, 617-620 (2002).</li>
<li>Yang, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+growth+of+ZnO+nanowires+and+their+optical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled growth of ZnO nanowires and their optical properties.</a> Adv. Funct. Mater. 12, 323-331 (2002).</li>
<li>Allen, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+detection+of+Au+catalyst+atoms+in+Si+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotech%22%5BJournal%5D)">High-resolution detection of Au catalyst atoms in Si nanowires.</a> Nature Nanotech. 3, 168-173 (2008).</li>
<li>Lin, Y. M., Sun, X. Z., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+investigation+of+thermoelectric+transport+properties+of+cylindrical+Bi+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Theoretical investigation of thermoelectric transport properties of cylindrical Bi nanowires.</a> Phys. Rev. B. 62, 4610-4623 (2000).</li>
<li>Isaacson, R. T., Williams, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alfv%C3%A9n-Wave+propagation+in+solid-state+plasmas.+III.+Quantum+oscillations+of+the+Fermi+surface+of+bismuth%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Alfvén-Wave propagation in solid-state plasmas. III. Quantum oscillations of the Fermi surface of bismuth.</a> Phys Rev. 185, 682-688 (1969).</li>
<li>Sandomirskii, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+size+effect+in+a+semimetal+film%5BTitle%5D)+AND+%22Sov.+Phys.+JETP%22%5BJournal%5D)">Quantum size effect in a semimetal film.</a> Sov. Phys. JETP. 25, 101-106 (1967).</li>
<li>Huber, T. E., Nikolaeva, A., Gitsu, D., Konopko, L., Graf, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+confinement+and+surface-state+effects+in+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+E%22%5BJournal%5D)">Quantum confinement and surface-state effects in bismuth nanowires.</a> Physica E. 37, 194-199 (2007).</li>
<li>Black, M. R., Lin, Y. M., Cronin, S. B., Rabin, O., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+absorption+in+bismuth+nanowires+resulting+from+quantum+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Infrared absorption in bismuth nanowires resulting from quantum confinement.</a> Phys. Rev. B. 65, 2921-2930 (2002).</li>
<li>Hofmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+surfaces+of+bismuth%3A+Structural+and+electronic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">The surfaces of bismuth: Structural and electronic properties.</a> Prog. Surf. Sci. 81, 191-245 (2006).</li>
<li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confinement+effects+and+surface-induced+charge+carriers+in+Bi+quantum+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires.</a> Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).</li>
<li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+state+band+mobility+and+thermopower+in+semiconducting+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires.</a> Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).</li>
<li>Dresselhaus, M. S., et al. 23, 129-140 (2003).</li>
<li>Cheng, Y. -T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. P., Lukitsch, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress-induced+growth+of+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Stress-induced growth of bismuth nanowires.</a> Appl Phys Lett. 81, 3248-3250 (2002).</li>
<li>Volobuev, V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanism+of+Bi+nanowire+growth+from+Bi%2FCo+immiscible+composite+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanosci.+Nanotech%22%5BJournal%5D)">The mechanism of Bi nanowire growth from Bi/Co immiscible composite thin films.</a> J. Nanosci. Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).</li>
<li>Shim, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-film+formation+of+Bi+nanowires+with+extraordinary+electron+mobility%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility.</a> Nano Lett. 9, 18-22 (2009).</li>
<li>Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+Mo+and+W+into+nanostructured+BiVO4+films+for+efficient+photoelectrochemical+water+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li>
<li>Liu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li>
</ol>

לסופרים אין מה לחשוף.

הצמיחה של ננו-חוטים ביסמוט היא להתנהל במערכת שיקוע פיזית עם לפחות שני מקורות בתצהיר, אחד ביסמוט ואחר ולנדיום. מומלץ שאחד המקורות הוא מקור המקרטעת magnetron, לתצהירו של ונדיום. ואקום גבוה מושגת על ידי משאבות turbomolecular מגובות על ידי גלילה משאבה יבשה. מערכת שיקוע מצויד בmicrobalance גביש קוורץ מכויל (QCM) לניטור בעובי אתר. מערכת שיקוע יש רכיבים מוזנים חשמליים לבקרת טמפרטורת לולאה הסגורה של מצעי הגידול. בקר טמפרטורת חימום מספק חימום / קירור למצע, דרך מודול חימום צלחת הקר...

Nanowires להגביל את התחבורה של נושאי מטען וקוואזי-חלקיקים אחרים, כגון פוטונים וplasmons בממד אחד. בהתאם לכך, ננו-חוטים בדרך כלל תערוכה תכונות חשמליות, מגנטיות, אופטיות וכימיות רומן, שתענקנה להם פוטנציאל כמעט אינסופי עבור יישומים בתחום אלקטרוניקה, פוטוניקה, טכנולוגיות ביו-רפואיות, הקשורים לאיכות סביבה ואנרגיה מיקרו / ננו. 1,2 במהלך שני העשורים האחרונים, רב מלמעלה למטה ומלמטה למעלה גישות פותחו לסינתזת מגוון רחב של ננו-חוטים מתכת או מוליכים למחצה באיכות גבוהה בקנה מידת מעבדה. 3-6 למרות התפתחויות אלו, כל גישה מסתמכת על מאפיינים ייחודיים מסוימים של המוצר הסופי להצלחתה. לדוגמא, השיטה הפופולרית אדים-נוזל-המוצקה (VLS) היא בכושר טוב יותר עבור החומרים המוליכים למחצה שיש לי נקודות היתוך גבוהות יותר וליצור סגסוגת eutectic עם מקביל &quot;זרעים&quot; קטליטי. 7 כתוצאה מכך, הסינתזה של nanowireחומר של עניין מיוחד לא יכול להיות מכוסה על ידי טכניקות קיימות. כsemimetal עם חפיפה קטנה עקיפה להקה (-38 מופתעים נוכח ב 0 K) ונושאי מטען אור בצורה יוצאת דופן, ביסמוט הוא דוגמא אחת כזו. החומר מתנהג שונה באופן קיצוני בממד מופחת בהשוואה לכמות הגדולה שלה, כמו כליאה קוונטים יכולה להפוך nanowires ביסמוט או דקים סרטים למוליכים למחצה פער פס צרים. 8-12 בינתיים, את פני השטח של צורות ביסמוט מתכת מעין-דו-ממדית כי הוא יותר באופן משמעותי מאשר בתפזורת מתכתית שלה. 13,14 זה היה הראה כי פני השטח של ביסמוט משיג ניידות אלקטרונים של 2 × 10 סנטימטר 4 2 V -1 שניות -1 ותורם מאוד לחימום החשמלי שלה בצורת nanowire. 15 כ כאמור, יש אינטרסים משמעותיים בלימוד nanowires ביסמוט לאלקטרוני ויישומים ובתרמית בפרט. 12-16 עם זאת, בשל יסמוט של נמוך מאודנקודת התכה (544 K) ונכונות לחמצון, זה עדיין מהווה אתגר לסינתזה באיכות גבוהה וננו-חוטים ביסמוט גבישים יחידים באמצעות טכניקות שלב שלב אדים או פתרון מסורתיים. בעבר, זה כבר דווח על ידי כמה קבוצות שnanowires יסמוט גבישים יחידים לגדול בתשואה נמוכה בתצהיר ואקום של סרט דק ביסמוט, אשר מיוחס לשחרורו של מתח המובנה בסרט. 17-20 לאחרונה, גילינו רומן טכניקה שמבוססת על אידוי התרמית של ביסמוט תחת ואקום גבוה ומובילה להיווצרות של ננו-חוטים להרחבה ביסמוט גבישים יחידים בתשואה גבוהה. 21 השוואה בעבר דיווחה שיטות, התכונה הייחודית ביותר של טכניקה זו היא שמצע הגידול הוא טרי מצופה בשכבה דקה של ונדיום nanoporous לפני יסמוט בתצהיר. במהלך האידוי התרמי של האחרון, אדים ביסמוט חודרים לתוך מבנה nanoporous של ואןסרט וAdium מתעבה שם nanodomains. מאז ונדיום לא רטוב על ידי יסמוט תמצית, תחומים שחדרם הוגלו, לאחר מכן מהמטריצה ​​ונדיום לשחרר אנרגיית פני השטח שלהם. זה הגירוש המתמשך של nanodomains יסמוט שיוצר ננו-חוטים ביסמוט האנכיים. מאז תחומים יסמוט הם רק 1-2 ננומטר בקטרים, הם כפופים לדיכוי נקודת התכה משמעותי, שהופך אותם כמעט מותך על RT. כתוצאה מכך, צמיחת nanowires ממשיכה עם המצע שנערך בRT. מצד השני, כמו ההגירה של תחומים ביסמוט מופעלת תרמית, לאורכה ורוחבה של ננו-חוטים יכולים להיות מכוון על פני טווח רחב פשוט על ידי שליטה על הטמפרטורה של מצע הגידול. פרוטוקול וידאו מפורט זה נועד לעזור למתרגלים חדשים בתחום להימנע מבעיות נפוצות שונות הקשורים בתצהיר אד פיזי של שכבות דקות בואקום גבוה, סביבה נטולת חמצן.

<table><tbody><tr><td>ביסמוט</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>556130</td><td>מגורען, 99.999%</td></tr> <tr><td>שבלול ונדיום</td><td>אלפא אסאר</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp; מ"מ (0.125&nbsp; in) קוטר x 6.35&nbsp; מ"מ (0.25&nbsp; ב) אורך, 99.8%</td></tr> <tr><td>ונדיום מקרטע יעד</td><td>קורט ג'יי לסקר</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3.00 אינץ' קוטר x 0.125 אינץ' עובי, 99.5%</td></tr> <tr><td>אצטון</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>179124</td><td>>99.5%</td></tr> <tr><td>אתנול</td><td>אלפא Aesar</td><td>33361</td><td></td></tr><tr><td>פרוסות</td><td></td><td>אוניברסיטת סיליקון</td> נטול מים <td>עובי 300 מיקרון, (100) כיוון</td></tr><tr><td>אפוקסי כסף מילוי</td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td> שני <td>חלקים שרף אפוקסי מוליך</td></tr><tr><td>סירת טונגסטן, מצופה אלומינה</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>לאידוי תרמי ביסמוט</td></tr><tr><td>סירת טונגסטן</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>לאידוי תרמי ונדיום</td></tr><tr><td>RIE פלזמה</td><td>נורדסון מרץ</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 פלטפורמת תצהיר אדים</td><td>קורט ג'יי לסקר</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>מצויד בשלושה מקורות אידוי תרמיים ומקור מקרטע מגנטרון DC</td></tr><tr><td>אחד בקר טמפרטורה תרמו-אלקטרי</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td><td>חיישן טמפרטורה עבור MTTC-1410</td></tr><tr><td>מודול תרמו-אלקטרי</td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicator</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>סוויפ טרו 175</td><td></td></tr></tbody></table>

צמיחה ללא גרעינים של מערך ביסמוט nanowire באמצעות אידוי תרמי אבק

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

הנה טכניקה ללא גרעינים וללא תבנית מוכחת לscalably לגדול ננו-חוטים ביסמוט, באמצעות אידוי תרמי בואקום גבוה ב RT. מקובל שמורות עבור הייצור של סרטי מתכת דקים, פיקדונות אידוי תרמיים ביסמוט למערך של ננו-חוטים גבישים יחידים האנכיים על סרט שטוח דק של ונדיום שנערך ב RT, אשר מופקד על ידי טרי המקרטעת magnetron או אידוי תרמית. על ידי שליטה על הטמפרטורה של מצע הגידול לאורכה ורוחבה של ננו-חוטים יכולים להיות מכוון על פני טווח רחב. אחראי על טכניקה חדשנית זו היא מנגנון צמיחת nanowire ידוע קודם לכן כי שורשים בנקבוביים קלה של הסרט הדק ונדיום. הסתנן לתוך הנקבוביות ונדיום, תחומים ביסמוט (~ ננומטר 1) נושאים אנרגיית משטח מוגזמת שמדכאת נקודת ההתכה שלהם ורציפות מגרש מתוך מטריצת נדיום כדי ליצור ננו-חוטים. תגלית זו מוכיחה את ההיתכנות של סינטיסייזר שלב אדי מדרגיesis של טוהר גבוה ננו ללא שימוש בכל זרזים.

תמונות SEM החתך של underlayers נדיום שהוקם על ידי המקרטעת magnetron ושיטות אידוי תרמית מוצגות באיור 2. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק תמונות (SEM) מוצגים לnanowires יסמוט נוצר בטמפרטורות מצע שונות (איור 3). המבנה הגבישי של ננו-חוטים ביסמוט נקבע באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), התאבכות אלקטרונים אזור סלקטיבית (סעד), ועקיפת רנטגן (XRD) מחקרים (איור 4). ניתוח יסודי של ספקטרוסקופיה רנטגן נפיצה אנרגיה מציין כי ננו-חוטים ביסמוט לא ב...

מוצג פרוטוקול לגידול ללא זרעים ותשואה גבוהה של מערכי ננו-חוטים ביסמוט באמצעות טכניקת אידוי תרמי ואקום.

צמיחה ללא גרעינים של מערך ביסמוט Nanowire באמצעות אידוי תרמי אבק

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

המטרה הכוללת של פרוצדורה ניסויית זו היא לגדל ננו-חוטים של ביסמוט בגביש יחיד באופן ניתן להרחבה באמצעות התאיידות תרמית בוואקום גבוה. שיטה זו יכולה לשמש לסינתזה של ננו-מבני ביסמוט באיכות גבוהה ובבצמיגות גבוהה. החומר עורר עניין רב בתחום מחקרי המוליכים למחצה.היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא אינה כוללת זרזים או גרעיני התגבשות, וכי הליך הסינתזה מתבצע בוואקום גבוה כך שננו-החוט נוצר בטוהר גבוה במיוחד. שיטה זו מספקת תובנה לגבי האופן שבו נקבוביות בקנה מידה ננומטרי משרות צמיחה ספונטנית של ננו-חוטים, אך היא אמורה להיות ישימה גם למערכות אחרות בעלות נקודת התכה נמוכה, כגון Indium ובדיל. כדי להתחיל, יש לאוורר את תא השקיעה ללחץ אטמוספרי ולפתוח את התא.שחרור הוואקום מתבצע על ידי לחיצה על כפתור start PC venting בממשק תוכנת הבקרה, הפעולה שמפעילה באופן אוטומטי רצף שלבים המריק את התא ללחץ אטמוספרי. עם הגעה ללחץ אטמוספרי, פתח את התא על ידי משיכת דלת הגישה הקדמית.לאחר מכן, התקינו סירת אידוי טונגסטן בין זוג אלקטרודות לאידוי תרמי. הניחו גרם אחד של כַּדורי ביסמוט אל תוך סירת האידוי והתקינו מטרת ספוטרינג של ונדיום למקור הספוטרינג המגנטרון. לאחר מכן, חברו את מחברי הבננה המיניאטוריים של בקר הטמפרטורה במעגל סגור אל מעבר ההזנה החשמלי של מערכת השיקיעה.כדי לנקות את תשתיות הגדילה באמצעות פלזמה של חמצן, מקמו את תשתיות הגדילה בתוך מנקה פלזמה ושאבו את התא על ידי לחיצה על כפתור ה-vac on עד להגעה ללחץ הבסיס של 10 millitorr. פתחו את שסתום גז החמצן והכניסו גז חמצן לתא על ידי לחיצה על כפתור ה-gas on בלוח הבקרה הקדמי. כווןנו את קצב הזרימה באמצעות לחיצה על כפתורי ה-INCR וה-DECR לבקרת קצב זרימת הגז, כדי לשמור על לחץ תא של כ-100 millitorr.בשלב הבא, הגדירו את הספק הפלזמה ל-20 watts באמצעות לחיצה על כפתורי ה-INCR וה-DECR לבקרת ההספק, והדליקו את הפלזמה על ידי לחיצה על כפתור ה-RF on. המתינו חמש דקות לפני כיבוי הפלזמה באמצעות לחיצה על כפתור ה-RF on. לאחר מכן, שחררו את הוואקום בתא על ידי לחיצה על כפתור ה-bleed לפני הוצאת התשמישיות לצורך טעינת תשמיש חדש.ראשית, התקינו את מכלול בקרת טמפרטורת התשתית על תומך התשתית. השתמשו בתפסני קפיץ כדי להרכיב את תשתיות הגידול על גבי מכלול מחמם-מקרר הפלטייר. לאחר מכן, התקינו את תומך התשתית המורכב במלואו בתוך תא שיקוע האידוי.כאשר התשתיות פונות למקורי השקיעה, חברו את מעברי ההזנה החשמליים למכלול מחמם-מקרר הפלטייר. סגרו את תריס התשתית כדי למנוע שקיעה לא מכוונת על התשתית. לאחר מכן, התחילו בשאיבת האוויר מתא השקיעה.השאיבה מתבצעת על ידי לחיצה על כפתור ה-start PC pumping בממשק תוכנת הבקרה, אשר מפעיל באופן אוטומטי רצף השואב את התא ללחץ הבסיס שלו לצורך שיקוע ואנדיום עם מקור sputtering מגנטרון. הפעל את זרימת הארגון במקור ה-sputtering. הגדר את קצב הזרימה לבין 40 ל-50 standard cubic centimeters per minute. כוונן את קצב הסיבוב של המשאבות הטורבו-מולקולריות ללחץ תא של 2.5 עד 3 millitorr בזמן שהתא מגיע בהדרגה למצב לחץ יציב.הגדירו את מקדמי כיול העובי במאזן קריסטל קוורץ (QCM) עבור ונדיום. הצפיפות היא 5.96 grams per cubic centimeter, ומקדם ה-Z הוא 0.530. הפעילו את מקור הטרטור (sputtering) בזרם ישר (DC) והגדירו את ההספק ל-200 עד 250 watts מבלי לפתוח את תריס המצע.השאר את המקור פעיל למשך שתי דקות. פתח את תריס התשתית כדי להתחיל בהשקעת ואנדיום. במקביל, אפס את העובי המצטבר של ה-QCM.המשך בשיקוע עד להצטברות עובי נראה של 20 nanometers לפי קריאת ה-QCM. לאחר מכן סגור את תריס המצע והפחת בהדרגה את הספק הטרטור (sputter power) לאפס. לאחר מכן כבה את המקור והפסק את זרימת ה-argon.לבסוף, החזירו את משאבת הטורבו-מולקולרית להספק מלא. חשוב מאוד שטמפרטורת המצע תישמר בצורה יציבה ומדויקת, שכן קווי הננו-וירוס מושפעים רבות מהטמפרטורה. לצורך שיקוע ביסמוט בטמפרטורות הגבוהות או הנמוכות מטמפרטורת החדר, הגדירו את הערך הרצוי בבקר הטמפרטורה. המתינו עד להגעה לטמפרטורה הרצויה.הגדירו את מקדמי כיול העובי ב-QCM עבור ביסמוט. הצפיפות היא 9.78 grams per cubic centimeter, ומקדם ה-Z הוא 0.790. הפעילו את ספק הכוח של האידוי התרמי למקור הביסמוט.לאחר מכן, הגדל באיטיות את הספק החימום של סירת התונגסטן עד להשגת קצב שיקוע של two angstroms per second. בהתאם לקריאת ה-QCM, אפס את העובי המצטבר של ה-QCM. במקביל, פתח את תריס המצע כדי להתחיל את שיקוע הביסמות.המשיכו בשיקוע עד להצטברות עובי נראה של 50 nanometers. לאחר מכן, סגרו את תריס המצע. הפחיתו בהדרגה את הספק האידוי התרמי עד לאפס.כבה את המקור. נתק את אספקת המתח למחמם/מקרר התרמי-חשמלי. שחרר את לחץ תא השקיעה ללחץ אטמוספרי ופתח את התא.לבסוף, הוציאו את מחזיק התשבתיות ואספו את התשבתיות המכוסות בננו-חוטי ביסמוט. כאן מוצגות תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) של חתך רוחב של שכבת ואנדיום שנוצרה בשיטות של מגנטרון, התזה (sputtering) ואידוי תרמי. תמונות SEM מוצגות עבור ננו-חוטי ביסמוט שנוצרו בטמפרטורות תשבית שונות.מבנה הגביש של ננו-חוטי הביסמות נקבע באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת (TEM), עקיפת אלקטרונים מאזור נבחר (SAED) ומחקרי עקיפת קרני רנטגן (XRD). אנליזה אלמנטרית באמצעות ספקטרוסקופיית קרני רנטגן לפיזור אנרגיה (EDX) מעידה כי ננו-חוטי הביסמות אינם מסביכים עם שכבת הוונדיום שמתחתיהם. לאחר צפייה בסרטון זה, תגיעו להבנה טובה של אופן הגדילה המקבילה.השקעת ננו-חוטים של גביש בודד באמצעות אידוי תרמי בואקום גבוה. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לשלוט בטמפרטורת התשתית באופן מדויק, שכן היא עשויה להשפיע באופן משמעותי על ממדי הננו-חוטים. לחץ בסיס נמוך הוא קריטי גם כן כדי למנוע חמצון של החומרים המאופים לאחר התפתחותם. טכניקה זו סללה את הדרך עבור חוקרים בתחום הסינתזה הפיזיקלית של ננו-מבנים להשתמש באנרגיית שטח ככוח מניע ליצירת ננו-מבנים באיכות גבוהה ובדיוק רב.

seedless-growth-bismuth-nanowire-array-via-vacuum-thermal

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

מאמר זה מתאר שיטה פשוטה לפברק מערכי פחמן מיושר אנכי על ידי CVD ולאחר מכן מנגינת נכסי הרטבתם על ידי חשיפתם לואקום חישול או טיפול חמצון יבש.

חמצון ואבק יבש חישול טיפולים לכוונון מאפייני ההרטבה של מערכי פחמן

אנו מתארים את ייצור מכשיר מדידה ולפרוטוקול biosensors בתדר גבוה המבוסס על צינורות פחמן. טכניקת חישת התדירות הגבוהה מפחית את הסיכון (דביי) השפעת ההקרנה יונית הבסיסית ומאפשרת Nanotube biosensor להיות מופעל בפתרונות כוח יוניים גבוהים שבי biosensors אלקטרוני קונבנציונלי נכשלים. הטכנולוגיה שלנו מספקת פלטפורמה ייחודית לbiosensors אלקטרוני הפועלים בתנאים פיסיולוגיים רלוונטיים נקודה של הטיפול (POC).

המצאה של Biosensor Nanotube פחמן בתדירות גבוהה Nanoelectronic לחישה בפתרוני כוח יוניים גבוהים

אנו מדווחים שיטה פשוטה לבודת מערך צפיפות ultrahigh של nanowires האורגני הקטן מולקולרי מסודרים בצורה אנכית. שיטה זו מאפשרת לסינתזה של גיאומטריות מורכבות heterostructured היברידי nanowire, שניתן לגדל ביוקר על מצעים שרירותיים. מבנים אלו יישומים פוטנציאליים באלקטרוניקה אורגנית, אופטו, חישה כימית, photovoltaics וספינטרוניקה.

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

טכניקה פותחה שמסירה סרטי מגע מתכת ניקל / Au מהמצע שלהם, כדי לאפשר בדיקה ואפיון של הקשר / מצע וממשקי המגע / NW של מכשירי nanowire גן אחד.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

מסופק נוהל מפורט לסימום פני השטח של ממשקי סיליקון. סימום פני השטח הרדוד במיוחד מודגם על ידי שימוש בזרחן המכיל חד-שכבות ותהליך חישול מהיר. השיטה יכולה לשמש לסמים של משטחי שטח מקרוסקופיים כמו גם ננו-מבנים.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

נהלים שונים המפורטות להכין תבניות מוגדרות אטומי לצמיחת epitaxial של סרטים דקים תחמוצת מורכבת. טיפולים כימיים של SrTiO היחיד גבישים 3 (001) וDyScO 3 (110) מצעים בוצעו להשיג משטחים חלקים אטומי, אחד הסתיימו. Ca 2 Nb 3 O 10 - יריעות שמשו כדי ליצור תבניות מוגדרות אטומי על מצעים שרירותיים.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

פח גופרתי (SnS) הוא חומר מועמד לתאים סולאריים שאינם רעילים בשפע בכדור הארץ. כאן, אנו מדגימים את הליך הייצור של התאים הסולאריים SnS המשתמשים בתצהיר שכבה אטומית, המניב יעילות המרת הספק מאושרת של 4.36%, ואידוי תרמי המניב 3.88%.

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

שיטה לגידול של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בטמפרטורה נמוכה, וייצור לאחר מכן של מבני בדיקה חשמליים אנכיים באמצעות ייצור מוליכים למחצה.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

. מדווחים שיטה המבוססת על פתרון לסנתז nanowires Au המצע מאוגד. על ידי כוונון של ליגנדים מולקולרית בשימוש במהלך הסינתזה, ניתן לגדל את nanowires Au של סובסטרטים שונים עם מאפייני משטח שונים. Au מבוססי ננו-חוט nanostructures יכול גם להיות מסונתז על ידי התאמת הפרמטרים התגובה.

סינתזה של המצע מכורך Au Nanowires באמצעות מנגנון הצמיחה הפעילה משטח

המאמר שואפת להציג את הליך ייצור סטנדרטי ואמין לפיתוח עתידי נמוך nanoelectronics תלת-ממדי.

שיטה סטנדרטית ואמינה כדי לפברק Nanoelectronics דו מימדי

במאמר זה אנו מתארים שיטות לייצור מיקרו-ייצור של ננו-סיבי פחמן מיושרים אנכית (VACNFs), העברת VACNFs למצעים גמישים, ויישום VACNFs על מצעים קשיחים וגמישים לצמחים לצורך העברת ביומולקולות וצבעים.

שימוש במערכי ננו-סיבי פחמן מיושרים אנכית על מצעים קשיחים או גמישים להעברת ביומולקולות וצבעים לצמחים

למד לגדל מערכי nanowires של ביסמוט באיכות גבוהה ללא זרעים באמצעות אידוי תרמי בוואקום גבוה. שיטה זו מאפשרת סינתזה נקייה וניתנת להרחבה של חומרים נמוכי נקודת התכה.

צמיחה ללא גרעינים של מערך ביסמוט Nanowire באמצעות אידוי תרמי אבק

גלה סרטונים נוספים