I nanofogli 2D cresciuti su un nanofilo 1D possono combinare i vantaggi di entrambe le dimensionalità e possono consentire nuove funzioni che non possono essere ottenute da ciascuno dei componenti separatamente. Credito:Chun Li, et al. ©2013 American Chemical Society
(Phys.org) — Facendo crescere nanofogli 2D lungo la superficie di un nanofilo 1D, gli scienziati hanno sintetizzato una nuova eterostruttura 3D su nanoscala che chiamano, per ragioni appropriate, "shish kabobs". A causa dell'integrazione delle due dimensionalità, le nuove strutture potrebbero avere un'ampia varietà di applicazioni, come per la conversione dell'energia solare, stoccaggio di energia, e fotonica.
Gli scienziati, Chun Li, et al., alla North Carolina University di Raleigh, Carolina del Nord; e l'Oak Ridge National Laboratory a Oak Ridge, Tennessee, hanno pubblicato un articolo sulle eterostrutture nanosheet-nanowire in un recente numero di Nano lettere .
Finora, la maggior parte della ricerca sulla crescita delle eterostrutture su nanoscala si è concentrata sulla combinazione di materiali che hanno le stesse dimensioni. Gli studi che prevedono la combinazione di materiali con dimensioni diverse sono rimasti limitati perché è molto più difficile integrare questi materiali in un'unica struttura a causa dei loro diversi meccanismi di crescita.
Però, come spiegano i ricercatori qui, l'integrazione di materiali con dimensioni diverse è interessante perché può combinare i vantaggi di entrambi i materiali mitigando gli svantaggi. Di conseguenza, tali eterostrutture possono consentire nuove funzioni che non possono essere ottenute da ciascuno dei componenti separatamente.
Immagini SEM di eterostrutture nanosheet-nanowire. I ricercatori hanno scoperto che l'esposizione all'aria facilita la nucleazione dei nanofogli modificando la superficie del nanofilo. Credito:Chun Li, et al. ©2013 American Chemical Society
Per sintetizzare le nuove strutture nanosheet-nanowire in questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un approccio in due fasi, prima coltivando i nanofili e poi facendo crescere i nanofogli in determinati siti sui nanofili. Hanno usato solfuro di germanio come materiale per entrambi i componenti, ma prevedere che lo stesso approccio si applicherà ad altri materiali simili.
Al fine di produrre eterostrutture nanowire-nanosheet, i ricercatori hanno esposto i nanofili cresciuti all'aria per alcuni minuti o alcuni giorni prima della fase di crescita del nanofoglio. L'esposizione all'aria probabilmente provoca una lieve ossidazione sulla superficie dei nanofili, che ne modifica le proprietà superficiali. I ricercatori pensano che queste imperfezioni superficiali possano facilitare la nucleazione dei nanofogli meglio di quanto possa fare una superficie perfetta.
Dopo che i nanofili sono stati esposti all'aria, i ricercatori potrebbero coltivare con successo nanofogli sulla superficie del nanofilo lungo la direzione radiale, in modo che fossero disposte come pezzi di pollo e peperoni su uno spiedino. Oltre al loro fascino dovuto a questa architettura insolita, le eterostrutture nanowire-nanosheet hanno anche un'interessante combinazione di caratteristiche, in particolare un'ampia superficie grazie ai nanofogli 2D e un trasporto di carica efficiente grazie al nanofilo 1D. Per queste ragioni, le nuove nanostrutture potrebbero avere applicazioni nel fotovoltaico, supercondensatori, batterie agli ioni di litio, optoelettronica 3D, e rilevamento chimico.
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