صفوف من ذرات المعدن في حزم نانوفيبر لتكوين أسلاك نانوية مرنة
الشكل 1. (أ) هيكل بلوري ثلاثي الأبعاد TMC يتكون من ألياف نانوية TMC محاطة بصفوف ذرة مفردة لعنصر مقسم. (ب) عرض النهاية والجانب لألياف نانوية واحدة من TMC. الكالكوجينات ذهبية، والمعادن الانتقالية خضراء، والعنصر المقسم لونه أرجواني داكن. الائتمان: جامعة طوكيو متروبوليتان
يعد إقحام الإنديوم في هياكل نانوية بتطبيقات للدوائر النانوية.
نجح باحثون من جامعة طوكيو متروبوليتان في ربط ذرات معدن الإنديوم بين ألياف فردية في حزم من ألياف نانوية معدنية كالكوجينيد انتقالية. من خلال نقع الحزم في غاز الإنديوم، تمكنت صفوف من الذرات من شق طريقها بين الألياف لإنشاء بنية نانوية فريدة من خلال الإقحام. من خلال عمليات المحاكاة وقياسات االمقاومة،تبين أن الحزم الفردية لها خصائص معدنية، مما يمهد الطريق للتطبيق كأسلاك نانوية مرنة في الدوائر النانوية.
الأسلاك الذرية للكالكوجينيدات المعدنية الانتقالية (TMCs) هي هياكل نانوية تتكون من معدن انتقالي وعنصر مجموعة 16 مثل الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم. إنهم قادرون على التجميع الذاتي في مجموعة واسعة من الهياكل ذات الأبعاد المختلفة، مما يضعهم في قلب ثورة في المواد النانوية التي كانت محور بحث مكثف في السنوات الأخيرة.
على وجه الخصوص، اكتسبت فئة من هياكل TMC ثلاثية الأبعاد اهتمامًا خاصًا، وتتألف من حزم من ألياف نانوية TMC المتماسكة معًا بواسطة ذرات معدنية بين الألياف، وتشكل جميعها شبكة جيدة الترتيب في المقطع العرضي (انظر الشكل 1). اعتمادًا على اختيار المعدن، يمكن حتى تصنيع الهيكل ليصبح موصلًا فائقًا. علاوة على ذلك، من خلال جعل الحزم رقيقة، يمكن تحويلها إلى هياكل مرنة توصل الكهرباء: وهذا يجعل الهياكل النانوية TMC مرشحًا رئيسيًا لاستخدامها كأسلاك في الدوائر النانوية. ومع ذلك، فقد كان من الصعب تحويل هذه الهياكل إلى ألياف طويلة ورفيعة مطلوبة لدراستها بعمق، وكذلك لتطبيقات تكنولوجيا النانو.
الشكل 2. (أ) رسم تخطيطي للتركيب الذري لكل من حزم ألياف التنغستن تيلورايد النانوية والهيكل النهائي المقسم، إلى جانب مسح صور المجهر الإلكتروني للإرسال. (ب) توليف ألياف نانوية ثلاثية الأبعاد TMC على ركيزة من السيليكون. الائتمان: جامعة طوكيو متروبوليتان
قام فريق بقيادة الأستاذ المساعد يوسوكي ناكانيشي والبروفيسور المشارك ياسوميتسو مياتا بدراسة تقنيات توليف الهياكل النانوية لـ TMC. في العمل الأخير، أظهروا أنهم يستطيعون إنتاج حزم طويلة ورفيعة من TMCs (بدون معدن) على مقاييس كبيرة غير مسبوقة. الآن، استخدموا تفاعل الطور البخاري لربط صفوف الإنديوم الرقيقة ذريًا في حزم رقيقة من تيلورايد التنجستن. من خلال تعريض حزم الألياف النانوية الطويلة إلى بخار الإنديوم تحت التفريغ عند 500 درجة مئوية، شقت ذرات معدن الإنديوم طريقها إلى الفراغ بين الألياف النانوية الفردية التي تشكل الحزم، وتشكل صفًا مقحمًا (أو جسرًا) من الإنديوم الذي يربط الألياف معاً.
بعد أن نجحوا في إنتاج كميات كبيرة من حزم TMC الملولبة، شرعوا في دراسة خصائص أسلاكهم النانوية الجديدة. من خلال النظر إلى المقاومة كدالة لدرجة الحرارة، أظهروا بشكل قاطع أن الحزم الفردية تتصرف مثل المعدن وبالتالي توصل الكهرباء. يتفق هذا مع عمليات المحاكاة الحاسوبية، كما أظهر مدى جودة التنظيم. ومن المثير للاهتمام، أنهم وجدوا أن هذا الهيكل كان مختلفًا قليلاً عن الدُفعات الكبيرة من الألياف النانوية المجمعة، حيث أن الصفوف المقسمة تسببت في دوران كل ألياف نانوية قليلاً حول محورها.
لا تقتصر تقنية الفريق على تيلورايد الإنديوم والتنغستن فقط، ولا على هذا الهيكل المعين. إنهم يأملون أن يكون عملهم مصدر إلهام لفصل جديد في تطوير المواد النانوية ودراسة خصائصهم الفريدة.
المرجع: “Vapor-Phase Indium Intercalation in van der Waals Nanofibers of Atomically Thin W 6 Te 6 Wires” لـ Ryusuke Natsui، Hiroshi Shimizu، Yusuke Nakanishi *، Zheng Liu، Akito Shimamura، Nguyen Tuan Hung، Yung-Chang Lin، Takahiko Endo ، جيانغ بو ، إيوري كيكوتشي ، تايشي تاكينوبو ، سوسومو أوكادا ، كازو سويناجا ، ريتشيرو سايتو وياسوميتسو مياتا ، 23 فبراير 2023 ، إيه سي إس نانو .
DOI: 10.1021 / acsnano.2c10997
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
