En nanotecnología , las nanobarras son una morfología de objetos a nanoescala. Cada una de sus dimensiones oscila entre 1 y 100 nm . Pueden sintetizarse a partir de metales o materiales semiconductores. [1] Las relaciones de aspecto estándar (largo dividido por ancho) son 3-5. Los nanorods se producen mediante síntesis química directa . Una combinación de ligandos actúa como agentes de control de forma y se une a diferentes facetas de la nanobarra con diferentes fuerzas. Esto permite que diferentes caras del nanorod crezcan a diferentes velocidades, produciendo un objeto alargado.
Una posible aplicación de las nanobarras es la tecnología de visualización, porque la reflectividad de las varillas se puede cambiar cambiando su orientación con un campo eléctrico aplicado. Otra aplicación es para sistemas microelectromecánicos (MEMS). Las nanobarras, junto con otras nanopartículas de metales nobles, también funcionan como agentes teragnósticos. Las nanobarras absorben el IR cercano y generan calor cuando se excitan con luz IR. Esta propiedad ha llevado al uso de nanobarras como terapia contra el cáncer. Los nanorods pueden conjugarse con motivos dirigidos a tumores e ingerirse. Cuando un paciente se expone a luz IR (que atraviesa el tejido corporal), las nanobarras absorbidas selectivamente por las células tumorales se calientan localmente, destruyendo sólo el tejido canceroso y dejando intactas las células sanas.
También se han investigado las nanobarras basadas en materiales semiconductores para su aplicación como dispositivos emisores de luz y captación de energía. En 2006, Ramanathan et al. demostró una fotoluminiscencia sintonizable mediada por un campo eléctrico a partir de nanobarras de ZnO, con potencial para su aplicación como nuevas fuentes de radiación casi ultravioleta.
La nanobarra de óxido de zinc (ZnO), también conocida como nanocable , tiene una energía de banda prohibida directa de 3,37 eV , que es similar a la del GaN , y tiene una energía de unión de excitación de 60 meV. La banda prohibida óptica del nanorod de ZnO se puede ajustar cambiando la morfología , composición, tamaño, etc. Años recientes, [¿ cuándo? ] Las nanobarras de ZnO se han utilizado intensamente para fabricar dispositivos electrónicos a nanoescala, incluidos transistores de efecto de campo , fotodetectores ultravioleta , diodos Schottky y diodos emisores de luz (LED) ultrabrillantes . Se han desarrollado varios métodos para fabricar nanobarras de ZnO de wurtzita monocristalinas . Entre esos métodos, el cultivo a partir de la fase de vapor es el enfoque más desarrollado. En un proceso de crecimiento típico, el vapor de ZnO se condensa sobre un sustrato sólido. El vapor de ZnO se puede generar mediante tres métodos: evaporación térmica, reducción química y método vapor-líquido-sólido (VLS). En el método de evaporación térmica, el polvo comercial de ZnO se mezcla con SnO 2 y se evapora calentando la mezcla a temperatura elevada. En el método de reducción química, el vapor de zinc, generado por la reducción de ZnO, se transfiere a la zona de crecimiento, seguido de la reoxidación a ZnO. El proceso VLS, propuesto originalmente en 1964, es el proceso más utilizado para sintetizar nanobarras de ZnO monocristalinas. En un proceso típico, se depositan gotas catalíticas sobre el sustrato y las mezclas de gases, incluido el vapor de Zn y una mezcla de CO/CO 2 , reaccionan en la interfaz catalizador-sustrato, seguido de nucleación y crecimiento. Los catalizadores metálicos típicos incluyen oro , cobre , níquel y estaño . Los nanocables de ZnO se cultivan epitaxialmente sobre el sustrato y se ensamblan en matrices monocapa. También se ha desarrollado recientemente la deposición química de vapor metal-orgánico ( MOCVD ). En este proceso no interviene ningún catalizador y la temperatura de crecimiento es de 400 ~ 500 °C, es decir, condiciones considerablemente más suaves en comparación con el método tradicional de crecimiento con vapor. [3] Además, las nanobarras de óxido metálico (ZnO, CuO, Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , otros) se pueden fabricar simplemente calentando el metal inicial en el aire en un proceso de oxidación térmica . [4]Por ejemplo, para hacer una "alfombra" densa de nanobarras de CuO, fue suficiente calentar una lámina de Cu en aire a 420 °C. Además de estos esquemas de fabricación, las nanobarras y tubos de ZnO se pueden fabricar mediante la combinación de litografía UV profunda, grabado en seco y deposición de capas atómicas (ALD). [5]
Los diodos emisores de luz de matriz de nanovarillas InGaN / GaN se pueden fabricar con técnicas de grabado en seco o de grabado con haz de iones enfocado. [6] Estos LED emiten luz azul o verde polarizada. [7] Las estructuras de nanobarras tridimensionales tienen una superficie de emisión más grande, lo que resulta en una mejor eficiencia y emisión de luz en comparación con los LED planos. [8] Samsung está investigando las pantallas LED de nanobarras de puntos cuánticos (QNED) impresas con tinta, y las nanobarras LED de InGaN reemplazan la capa OLED orgánica en las pantallas QD-OLED . [9]
El método de crecimiento mediado por semillas es el método más común y logrado para sintetizar nanobarras de oro de alta calidad. Un protocolo de crecimiento típico implica la adición de nanoesferas de oro cubiertas con bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) o citrato, que sirven como semillas, a la solución de crecimiento a granel de HAuCl 4 . La solución de crecimiento se obtiene mediante la reducción de HAuCl 4 con ácido ascórbico en presencia de tensioactivo bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) e iones de plata. Se pueden obtener nanobarras más largas (hasta una relación de aspecto de 25) en ausencia de nitrato de plata mediante el uso de un procedimiento de adición de tres pasos. En este protocolo, las semillas se añaden secuencialmente a la solución de crecimiento para controlar la tasa de deposición heterogénea y, por tanto, la tasa de crecimiento de los cristales.
El inconveniente de este método es la formación de nanoesferas de oro, lo que requiere separaciones y limpiezas no triviales. En una modificación de este método, el citrato de sodio se reemplaza por un estabilizador CTAB más fuerte en los procedimientos de nucleación y crecimiento. Elevar el pH es otra forma de lograr nanobarras con una relación de aspecto alta (> 25:1) con un alto rendimiento (> 90%) a costa de una mayor polidispersidad. [10] Otra mejora es introducir iones de plata en la solución de crecimiento, lo que da como resultado nanobarras con relaciones de aspecto inferiores a cinco con un rendimiento superior al 90%. [11] La plata, de menor potencial de reducción que el oro, se puede reducir en la superficie de las varillas para formar una monocapa mediante deposición de bajo potencial. Aquí, la deposición de plata compite con la de oro, retardando así la tasa de crecimiento de facetas cristalinas específicas, permitiendo el crecimiento unidireccional y la formación de varillas. Otro inconveniente de este método es la alta toxicidad del CTAB. Polímeros, como polietilenglicol (PEG), revestimiento de clorhidrato de polialilamina (PAH); fibras dietéticas, como el quitosano ; o se han utilizado biomoléculas, como fosfolípidos, para desplazar el CTAB fuera de la superficie de la nanobarra sin afectar la estabilidad. [12] [13] [14] [15]
El intercambio catiónico es una técnica convencional pero prometedora para la síntesis de nuevas nanobarras. Las transformaciones de intercambio catiónico en nanobarras son cinéticamente favorables y, a menudo, conservan la forma. En comparación con los sistemas de cristales en masa, el intercambio catiónico de las nanobarras es millones de veces más rápido debido a su gran superficie. Las nanobarras existentes sirven como plantillas para fabricar una variedad de nanobarras que no son accesibles en la síntesis química húmeda tradicional. Además, se puede agregar complejidad mediante transformación parcial, creando heteroestructuras de nanobarras. [dieciséis]
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)