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Nanohoja

Una nanohoja es una nanoestructura bidimensional con un espesor en una escala que va de 1 a 100 nm. [1] [2] [3]

Un ejemplo típico de una nanohoja es el grafeno , el material bidimensional más delgado (0,34 nm) del mundo. [4] Consiste en una sola capa de átomos de carbono con redes hexagonales .

Ejemplos y aplicaciones

A partir de 2017 , las nanohojas de silicio se están utilizando para crear prototipos de futuras generaciones de transistores pequeños (5 nm) . [5]

Las nanohojas de carbono (de cáñamo) pueden ser una alternativa al grafeno como electrodos en supercondensadores . [6]

Síntesis

Imagen topográfica AFM 3D de una nanohoja de paladio multicapa sobre una oblea de silicio. [7]

Los métodos de síntesis de nanohojas más comúnmente utilizados utilizan un enfoque de abajo hacia arriba, por ejemplo, preorganización y polimerización en interfaces como películas de Langmuir-Blodgett , [8] síntesis en fase de solución y deposición química de vapor (CVD). [9] Por ejemplo, las nanohojas de CdTe ( telururo de cadmio ) podrían sintetizarse precipitando y envejeciendo nanopartículas de CdTe en agua desionizada. [10] La formación de nanohojas de CdTe que flotan libremente se debió a la atracción hidrofóbica direccional y a las interacciones electrostáticas anisotrópicas causadas por el momento dipolar y las pequeñas cargas positivas. Se pueden utilizar simulaciones moleculares a través de un modelo de grano grueso con parámetros de cálculos de mecánica cuántica semiempíricos para probar el proceso experimental.

Se pueden obtener láminas ultradelgadas de PbS ( azufre de plomo ) monocristalino con microescala en dimensiones x, y mediante un método de síntesis coloidal en caliente. [11] Se utilizaron compuestos con cloroalcanos lineales como 1,2-dicloroetano que contienen cloro durante la formación de láminas de PbS. Las láminas ultradelgadas de PbS probablemente resultaron de la unión orientada de las nanopartículas de PbS de manera bidimensional. Las facetas altamente reactivas se consumieron preferentemente en el proceso de crecimiento que condujo al crecimiento de cristales de PbS en forma de lámina.

Las nanohojas también se pueden preparar a temperatura ambiente. Por ejemplo, las nanohojas hexagonales de PbO (óxido de plomo) se sintetizaron utilizando nanopartículas de oro como semillas a temperatura ambiente. [3] El tamaño de la nanohoja de PbO se puede ajustar mediante nanopartículas de oro y Pb2+
concentración en la solución de crecimiento. No se emplearon surfactantes orgánicos en el proceso de síntesis. La unión orientada, en la que las láminas se forman por agregación de pequeñas nanopartículas que tienen cada una un momento dipolar neto , [12] [13] y la maduración de Ostwald [14] son ​​las dos razones principales para la formación de las nanoláminas de PbO. El mismo proceso se observó para las nanopartículas de sulfuro de hierro. [15]

Se han producido nanoláminas de carbono utilizando fibras de cáñamo industrial con una técnica que implica calentar las fibras a más de 350 °F (180 °C) durante 24 horas. Luego, el resultado se somete a un calor intenso que hace que las fibras se exfolien y formen una nanolámina de carbono. Esto se ha utilizado para crear un electrodo para un supercondensador con cualidades electroquímicas "a la par" de los dispositivos fabricados con grafeno . [6]

También se han sintetizado nanohojas de metal a partir de un método basado en solución mediante la reducción de precursores metálicos, incluidos paladio, [16] rodio, [17] y oro. [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ Coleman, JN; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, SD; King, PJ; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; et al. (2011). "Nanoláminas bidimensionales producidas por exfoliación líquida de materiales estratificados". Science . 331 (6017): 568–571. Bibcode :2011Sci...331..568C. doi :10.1126/science.1194975. hdl : 2262/66458 . PMID  21292974.
  2. ^ Guo, Shaojun; Dong, Shaojun (2011). "Nanoláminas de grafeno: síntesis, ingeniería molecular, película delgada, híbridos y aplicaciones energéticas y analíticas". Chemical Society Reviews . 40 (5): 2644–2672. doi :10.1039/C0CS00079E. PMID  21283849.
  3. ^ ab Zeng, Shuwen; Liang, Yennan; Lu, Haifei; Wang, Libo; Dinh, Xuan-Quyen; Yu, Xia; Ho, Ho-Pui; Hu, Xiao; Yong, Ken-Tye (2012). "Síntesis de nanohojas de PbO simétricas de forma hexagonal utilizando nanopartículas de oro". Cartas de Materiales . 67 : 74–77. doi :10.1016/j.matlet.2011.09.048.
  4. ^ Geim, AK (2009). "Grafeno: estado y perspectivas". Science . 324 (5934): 1530–1534. arXiv : 0906.3799 . Bibcode :2009Sci...324.1530G. doi :10.1126/science.1158877. PMID  19541989.
  5. ^ IBM descubre cómo fabricar chips de 5 nm. Junio ​​de 2017
  6. ^ ab "¿Podrían las nanohojas de cáñamo desbancar al grafeno y hacer el supercondensador ideal?". acs.org . American Chemistry Society . Consultado el 14 de agosto de 2014 .
  7. ^ Yin, Xi; Liu, Xinhong; Pan, Yung-Tin; Walsh, Kathleen A.; Yang, Hong (4 de noviembre de 2014). "Nanoláminas ultrafinas de paladio multicapa similares a torres de Hanoi". Nano Letters . 14 (12): 7188–94. Bibcode :2014NanoL..14.7188Y. doi :10.1021/nl503879a. PMID  25369350.
  8. ^ Payamyar, P.; Kaja, K.; Ruiz-Vargas, C.; Stemmer, A.; Murray, DJ; Johnson, CJ; Rey, BT; Schiffmann, F.; VandeVondele, J.; Renn, A.; Götzinger, S.; Ceroni, P.; Schütz, A.; Lee, LT; Zheng, Z.; Sakamoto, J.; Schlüter, AD (2014). "Síntesis de una lámina monocapa covalente mediante dimerización fotoquímica de antraceno en la interfaz aire/agua y su caracterización mecánica mediante indentación AFM". Adv. Materia . 26 (13): 2052-2058. doi :10.1002/adma.201304705. PMID  24347495.
  9. ^ Sreekanth, Kandammathe Valiyaveedu; Zeng, Shuwen; Shang, Jingzhi; Yong, Ken-Tye; Yu, Ting (2012). "Excitación de ondas electromagnéticas superficiales en una rejilla de Bragg basada en grafeno". Scientific Reports . 2 : 737. Bibcode :2012NatSR...2E.737S. doi :10.1038/srep00737. PMC 3471096 . PMID  23071901. 
  10. ^ Tang, Z.; Zhang, Z.; Wang, Y.; Glotzer, SC; Kotov, NA (2006). "Autoensamblaje de nanocristales de CdTe en láminas flotantes". Science . 314 (5797): 274–278. Bibcode :2006Sci...314..274T. doi :10.1126/science.1128045. PMID  17038616.
  11. ^ Schliehe, C.; Juarez, BH; Pelletier, M.; Jander, S.; Greshnykh, D.; Nagel, M.; Meyer, A.; Foerster, S.; et al. (2010). "Láminas ultradelgadas de PbS mediante fijación orientada bidimensional". Science . 329 (5991): 550–553. arXiv : 1103.2920 . Bibcode :2010Sci...329..550S. doi :10.1126/science.1188035. PMID  20671184.
  12. ^ Talapin, Dmitri V.; Shevchenko, Elena V.; Murray, Christopher B.; Titov, Alexey V.; Král, Petr (2007). "Interacciones dipolo-dipolo en superredes de nanopartículas". Nano Letters . 7 (5): 1213–1219. Bibcode :2007NanoL...7.1213T. doi :10.1021/nl070058c. PMID  17397231.
  13. ^ Tang, Z.; Zhang, Z.; Wang, Y.; Glotzer, SC; Kotov, NA (13 de octubre de 2006). "Autoensamblaje de nanocristales de CdTe en láminas flotantes". Science . 314 (5797): 274–278. Bibcode :2006Sci...314..274T. doi :10.1126/science.1128045. PMID  17038616.
  14. ^ Yang, Weiyou; Gao, Feng Mei; Wei, Guo Dong; An, Linan (2010). "Crecimiento de maduración de Ostwald de nanoplacas de nitruro de silicio". Crecimiento y diseño de cristales . 10 : 29–31. doi :10.1021/cg901148q.
  15. ^ Bai, Yongxiao; Yeom, Jihyeon; Yang, Ming; Cha, Sang-Ho; Sun, Kai; Kotov, Nicholas A. (14 de febrero de 2013). "Síntesis universal de nanopartículas, nanocables y nanoláminas de pirita FeS2 monofásicas". The Journal of Physical Chemistry C . 117 (6): 2567–2573. doi :10.1021/jp3111106. ISSN  1932-7447.
  16. ^ Yin, Xi; Liu, Xinhong; Pan, Yung-Tin; Walsh, Kathleen; Yang, Hong (4 de noviembre de 2014). "Nanoláminas ultrafinas de paladio multicapa similares a torres de Hanoi". Nano Letters . 14 (12): 7188–94. Bibcode :2014NanoL..14.7188Y. doi :10.1021/nl503879a. PMID  25369350.
  17. ^ Duan, H; Yan, N; Yu, R; Chang, CR; Zhou, G; Hu, HS; Rong, H; Niu, Z; Mao, J; Asakura, H; Tanaka, T; Dyson, PJ; Li, J; Li, Y (2014). "Nanoláminas ultrafinas de rodio". Nature Communications . 5 : 3093. Bibcode :2014NatCo...5.3093D. doi : 10.1038/ncomms4093 . PMID  24435210.
  18. ^ Li, Zhonghao; Liu, Zhimin; Zhang, Jianling; Han, Buxing; Du, Jimin; Gao, Yanan; Jiang, Tao (2005). "Síntesis de nanoláminas de oro monocristalino de gran tamaño en líquidos iónicos". The Journal of Physical Chemistry B . 109 (30): 14445–14448. doi :10.1021/jp0520998. PMID  16852818.