Синтез in situ иерархически

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16955 (2022) Цитировать эту статью

1036 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Наноматериалы вызвали огромный интерес для улучшения характеристик систем сбора энергии, биомедицинских устройств и высокопрочных композитов. Было проведено множество исследований по изготовлению более сложных и гетерогенных наноструктур, после чего структуры были охарактеризованы с использованием томографических изображений TEM, что позволило усовершенствовать технологию изготовления. Несмотря на все усилия, сложный процесс изготовления, характеристики агломерации и неоднородный результат по-прежнему ограничивались прямым представлением панорамных 3D-видов. Здесь мы предложили метод синтеза in situ для получения сложных и иерархически собранных наноструктур, состоящих из ядра нанопроволоки ZnS и наночастиц под катализатором Ag2S. Мы продемонстрировали, что испаренные Zn и S затвердевали в наноструктурах различной формы исключительно за счет температуры. Насколько нам известно, это первая демонстрация синтеза гетерогенных наноструктур, состоящих из нанопроволоки из системы пар-жидкость-твердое тело, а затем наночастиц из механизма пар-твердое тело, выращенного методом контроля температуры in situ. Полученные иерархически собранные наноструктуры ZnS были охарактеризованы с помощью различных технологий ПЭМ, проверяющих механизм роста кристаллов. Наконец, электронная томография и 3D-печать позволили визуализировать наноструктуры в сантиметровых масштабах. 3D-печать из случайно изготовленных наноматериалов на сегодняшний день осуществляется редко. Совместная работа может предложить лучшую возможность для изготовления передовых и сложных наноструктур.

Наноматериалы вызывают большой интерес из-за их улучшенных поверхностных свойств, поэтому наноматериалы могут использоваться для высокоэффективного хранения энергии и платформы окислительно-восстановительных реакций, доставки лекарств in vivo, добавок для повышения механической прочности и контроллера направления плазмонного света1,2,3 ,4,5,6,7. Однако подготовка искусственных наноструктур требует сложных производственных этапов для контроля общей формы и точного контроля положения наноматериалов на целевой подложке. Соответственно, существует растущая потребность в новых инструментах визуализации, которые направлены на быстрый прогресс в разработке различных искусственных наноматериалов в наши дни8,9,10,11,12. Для визуализации сложные структурные детали таких наноразмерных веществ должны быть непосредственно проверены и проверены в масштабах, соответствующих их внутренним околоатомным размерам. В то же время полученная структурная информация и знания должны быть легко переведены в гораздо более крупные масштабы, где для разъяснения и понимания не нужны дополнительные вспомогательные инструменты характеристики.

Было проведено множество исследований по получению наноструктур различными методами, такими как химическое осаждение из паровой фазы (CVD), термическое испарение и методы терморастворения12,13,14,15,16,17,18. Затем были разработаны различные типы наноструктур в форме нанопроволоки, наноленты, нанолистов и наночастиц. Хотя технологии изготовления наноструктур значительно развиты, подготовленные наноматериалы имеют тенденцию агломерироваться среди наноразмерных структур, снижая внутренние характеристики наноматериалов19,20,21,22,23. Таким образом, гетерогенные структуры, такие как структура ядро/оболочка и модификация поверхности, изучались для поддержания и дальнейшего улучшения функциональности наноматериалов16,17,18,24,25,26,27. Различные наноструктуры и методы их изготовления постоянно развиваются в сложные гетерогенные структуры, однако эти методы требуют сложных и изысканных процессов. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) — типичный инструмент для характеристики структур близкого к атомному масштаба, позволяющий фиксировать двумерные (2D) проецируемые наноматериалы. Измерительная технология помогает контролировать наноматериалы более близко к атомным масштабам, поэтому использование этой технологии может стать дополнительной стратегией для изготовления передовых наноструктур28,29.