Нанопроволока – это наноструктура в виде проволоки диаметром порядка нанометра (10-9 метров ). В более общем смысле нанопроволоки можно определить как структуры, толщина или диаметр которых ограничены десятками нанометров или меньше, а длина не ограничена. В этих масштабах важны квантово-механические эффекты, которые и привели к появлению термина « квантовые провода ».
Существует множество различных типов нанопроволок, включая сверхпроводящие (например, YBCO [2] ), металлические (например , Ni , Pt , Au , Ag ), полупроводниковые (например, кремниевые нанопроволоки (SiNWs) , InP , GaN ) и изолирующие (например, SiO 2 , TiO 2 ).
Молекулярные нанопроволоки состоят из повторяющихся молекулярных единиц, либо органических (например, ДНК ), либо неорганических (например, Mo 6 S 9-x I x ).
Типичные нанопроволоки имеют соотношение сторон (отношение длины к ширине) 1000 или более. По этой причине их часто называют одномерными (1-D) материалами. Нанопроволоки обладают множеством интересных свойств, которых нет в объемных или трехмерных материалах. Это связано с тем, что электроны в нанопроволоках квантово ограничены по бокам и, таким образом, занимают энергетические уровни, которые отличаются от традиционного континуума энергетических уровней или зон, обнаруженных в объемных материалах.
Следствием квантового ограничения в нанопроволоках является то, что они демонстрируют дискретные значения электропроводности . Такие дискретные значения возникают из-за квантово-механического ограничения на количество электронных транспортных каналов в нанометровом масштабе, и они часто примерно равны целым кратным квант проводимости :
Эта проводимость в два раза больше обратной единицы сопротивления, называемой константой фон Клитцинга , R K = 25 812 .807 45 ... Ω [ 4 ] , определяемый как RK = h/e 2 и названный в честь Клауса фон Клитцинга , первооткрывателя целочисленного квантового эффекта Холла .
Примеры нанопроволок включают неорганические молекулярные нанопроволоки (Mo 6 S 9-x I x , Li 2 Mo 6 Se 6 ), которые могут иметь диаметр 0,9 нм и длину в сотни микрометров. Другие важные примеры основаны на полупроводниках, таких как InP, Si, GaN и т.д., диэлектриках (например, SiO 2 , TiO 2 ) или металлах (например, Ni, Pt).
Существует множество применений, в которых нанопроволоки могут стать важными в электронных, оптоэлектронных и наноэлектромеханических устройствах, в качестве добавок в современных композитах, для металлических межсоединений в наноразмерных квантовых устройствах, в качестве полевых эмиттеров и в качестве выводов для биомолекулярных наносенсоров.
Существует два основных подхода к синтезу нанопроволок: « сверху вниз» и «снизу вверх» . При нисходящем подходе большой кусок материала разбивается на мелкие кусочки различными способами, такими как литография , [5] [6] фрезерование или термическое окисление . Восходящий подход синтезирует нанопроволоку путем объединения составляющих адатомов . Большинство методов синтеза используют восходящий подход. За первоначальным синтезом с помощью любого метода часто может следовать этап термической обработки нанопроволоки , часто включающий форму самоограничивающегося окисления, для точной настройки размера и соотношения сторон структур. [7] После восходящего синтеза нанопроволоки можно интегрировать с помощью методов «выбери и помести». [8]
В производстве нанопроволоки используется несколько распространенных лабораторных методов, включая суспензионное, электрохимическое осаждение, осаждение из паровой фазы и выращивание VLS . Технология ионных треков позволяет выращивать однородные и сегментированные нанопроволоки диаметром до 8 нм. Поскольку скорость окисления нанопроволок контролируется диаметром, для настройки их морфологии часто применяются этапы термического окисления .
Подвешенная нанопроволока представляет собой проволоку, изготовленную в камере высокого вакуума, удерживаемой на продольных концах. Подвесные нанопроволоки могут быть изготовлены следующими способами:
Распространенным методом создания нанопроволоки является метод пар-жидкость-твердое тело (VLS), о котором впервые сообщили Вагнер и Эллис в 1964 году для кремниевых усов диаметром от сотен нанометров до сотен микрон. [9] Этот процесс может производить высококачественные кристаллические нанопроволоки из многих полупроводниковых материалов, например, монокристаллические кремниевые нанопроволоки (SiNW), выращенные с помощью VLS , с гладкими поверхностями могут иметь превосходные свойства, такие как сверхвысокая эластичность. [10] В этом методе исходным материалом являются либо удаленные лазером частицы, либо исходный газ, такой как силан .
Синтез VLS требует катализатора. Для нанопроволок лучшими катализаторами являются нанокластеры жидкого металла (например, золота ) , которые можно либо самостоятельно собрать из тонкой пленки путем размачивания , либо приобрести в коллоидной форме и нанести на подложку.
Источник входит в эти нанокластеры и начинает их насыщать. При достижении пересыщения источник затвердевает и растет за пределы нанокластера. Просто выключив источник, можно отрегулировать окончательную длину нанопроволоки. Переключение источников еще на стадии роста может привести к созданию составных нанопроволок со сверхрешетками из чередующихся материалов. Например, метод под названием ENGRAVE (кодированный рост и внешний вид нанопроволоки посредством VLS и травления) [11], разработанный лабораторией Cahoon в Университете Северной Каролины-Чапел-Хилл, позволяет осуществлять морфологический контроль в нанометровом масштабе посредством быстрой модуляции легирующей примеси in situ .
Одностадийная реакция в паровой фазе при повышенной температуре синтезирует неорганические нанопроволоки, такие как Mo 6 S 9-x I x . С другой точки зрения, такие нанонити представляют собой кластерные полимеры .
Подобно синтезу VLS, синтез нанопроволок (ННК) VSS (пар-твердое тело) происходит путем термолитического разложения предшественника кремния (обычно фенилсилана). В отличие от VLS, каталитическая затравка остается в твердом состоянии при высокотемпературном отжиге подложки. Этот тип синтеза широко используется для синтеза нанопроволок из силицидов/германидов металлов путем легирования VSS между медной подложкой и предшественником кремния/германия.
Синтез на фазе раствора относится к методам выращивания нанопроволок в растворе. Они могут производить нанопроволоки из многих типов материалов. Преимущество синтеза в фазе раствора состоит в том, что он может производить очень большие количества по сравнению с другими методами. В одном методе синтеза полиолов этиленгликоль является одновременно растворителем и восстановителем. Этот метод особенно универсален при производстве нанопроволок из золота, [12] свинца, платины и серебра.
Метод сверхкритического роста жидкость-жидкость-твердое тело [13] [14] может быть использован для синтеза полупроводниковых нанопроволок, например, Si и Ge. Используя металлические нанокристаллы в качестве затравок, [15] металлоорганические предшественники Si и Ge подаются в реактор, наполненный сверхкритическим органическим растворителем, таким как толуол . Термолиз приводит к разложению предшественника, что приводит к высвобождению Si или Ge и растворению в металлических нанокристаллах. По мере добавления большего количества полупроводникового растворенного вещества из сверхкритической фазы (из-за градиента концентрации) выпадает твердый кристаллит, и нанопроволока растет одноосно из затравки нанокристалла.
Белковые нанопроволоки в паутине были сформированы путем катания капли раствора паучьего шелка по супергидрофобной столбчатой структуре. [16] [17]
Подавляющее большинство механизмов формирования нанопроволок объясняется использованием каталитических наночастиц, которые стимулируют рост нанопроволок и либо добавляются намеренно, либо генерируются во время роста. Однако нанопроволоки можно выращивать и без использования катализаторов, что дает преимущество чистых нанопроволок и минимизирует количество технологических этапов. Механизмы безкатализаторного роста нанопроволок (или усов) были известны с 1950-х годов. [18]
Простейшие методы получения нанопроволок из оксидов металлов используют обычное нагревание металлов, например, металлическую проволоку, нагретую с помощью батареи, джоулевый нагрев на воздухе [19] можно легко осуществить в домашних условиях. Спонтанное образование нанопроволок некаталитическими методами объясняли присутствием дислокаций в определенных направлениях [20] [21] или анизотропией роста различных граней кристалла . Совсем недавно, после развития микроскопии, был продемонстрирован рост нанопроволок, вызванный винтовыми дислокациями [22] [23] или двойниковыми границами [24] . На изображении справа показан рост одиночного атомного слоя на кончике нанопроволоки CuO, наблюдаемый с помощью ПЭМ-микроскопии in situ во время некаталитического синтеза нанопроволоки.
Нанопроволоки атомного масштаба также могут образовываться полностью самоорганизованными без дефектов. Например, нанопроволоки редкоземельного силицида (RESi 2 ) шириной и высотой в несколько нм и длиной в несколько 100 нм образуются на подложках кремния ( 001 ), которые покрыты субмонослоем редкоземельного металла и впоследствии отожжены. [25] Боковые размеры нанопроволок удерживают электроны таким образом, что система напоминает (квази)одномерный металл. [26] Металлические нанопроволоки RESi 2 также образуются на кремнии ( hhk ). Эта система позволяет настраивать размерность между двумерной и одномерной с помощью покрытия и угла наклона подложки. [27]
Новой областью является использование нитей ДНК в качестве каркасов для синтеза металлических нанопроволок. Этот метод исследуется как для синтеза металлических нанопроволок в электронных компонентах, так и для приложений биосенсорства, в которых они позволяют трансдукцию цепи ДНК в металлическую нанопроволоку, которую можно обнаружить электрически. Обычно нити оцДНК растягиваются, после чего они украшаются металлическими наночастицами, функционализированными короткими комплементарными нитями оцДНК. [28] [29] [30] [31]
Недавно сообщалось о простом методе производства нанопроволок определенной геометрии с использованием традиционной оптической литографии. [32] В этом подходе оптическая литография используется для создания нанозазоров с использованием контролируемого образования трещин. [33] Эти нанозазоры затем используются в качестве теневой маски для создания отдельных нанопроволок точной длины и ширины. Этот метод позволяет масштабируемо производить отдельные нанопроволоки шириной менее 20 нм из нескольких металлических и металлооксидных материалов.
Несколько физических причин предсказывают, что проводимость нанопроволоки будет намного меньше, чем у соответствующего объемного материала. Во-первых, происходит рассеяние на границах проволоки, влияние которого будет очень значительным, если ширина проволоки меньше длины свободного пробега свободных электронов объемного материала. Например, в меди длина свободного пробега составляет 40 нм. Медные нанопроволоки шириной менее 40 нм сокращают длину свободного пробега до ширины проволоки. Серебряные нанопроволоки имеют сильно отличающуюся электрическую и теплопроводность от объемного серебра. [34]
Нанопроволоки также демонстрируют другие особые электрические свойства, обусловленные их размером. В отличие от одностенных углеродных нанотрубок, движение электронов которых может подпадать под режим баллистического транспорта (то есть электроны могут свободно перемещаться от одного электрода к другому), на проводимость нанопроволоки сильно влияют краевые эффекты. Краевые эффекты исходят от атомов, которые лежат на поверхности нанопроволоки и не полностью связаны с соседними атомами, как атомы внутри объема нанопроволоки. Несвязанные атомы часто являются источником дефектов внутри нанопроволоки и могут привести к тому, что нанопроволока будет проводить электричество хуже, чем основной материал. По мере того как нанопроволока уменьшается в размерах, поверхностные атомы становятся более многочисленными по сравнению с атомами внутри нанопроволоки, и краевые эффекты становятся более важными. [ нужна цитата ]
Проводимость в нанопроволоке описывается как сумма транспорта по отдельным каналам , каждый из которых имеет различную электронную волновую функцию, нормальную к проводу. Чем тоньше провод, тем меньше каналов доступно для транспорта электронов. В результате в проводах шириной всего в один или несколько атомов наблюдается квантование проводимости: т.е. проводимость может принимать только дискретные значения, кратные кванту проводимости G 0 = 2 e 2 / h (где e — заряд электрон , а h — постоянная Планка (см. также квантовый эффект Холла ). Это квантование наблюдалось путем измерения проводимости нанопроволоки, подвешенной между двумя электродами, при постепенном ее удлинении: по мере уменьшения ее диаметра ее проводимость уменьшается в ступенчатым образом и плато соответствуют примерно кратным G 0 . [35] [36]
Квантование проводимости более выражено в полупроводниках, таких как Si или GaAs, чем в металлах из-за их более низкой электронной плотности и меньшей эффективной массы. Это можно наблюдать в кремниевых ребрах шириной 25 нм, что приводит к увеличению порогового напряжения . На практике это означает, что МОП-транзистор с такими наноразмерными кремниевыми ребрами при использовании в цифровых приложениях потребует более высокое напряжение затвора (управления) для включения транзистора. [37]
Чтобы внедрить технологию нанопроволок в промышленное применение, исследователи в 2008 году разработали метод сварки нанопроволок вместе: жертвенную металлическую нанопроволоку помещают рядом с концами соединяемых частей (с помощью манипуляторов сканирующего электронного микроскопа ); затем подается электрический ток, который сплавляет концы проволоки. Этот метод сплавляет провода размером до 10 нм. [38]
Для нанопроволок диаметром менее 10 нм существующие методы сварки, которые требуют точного управления механизмом нагрева и могут привести к повреждению, не будут практичны. Недавно ученые обнаружили, что монокристаллические ультратонкие золотые нанопроволоки диаметром ~ 3–10 нм можно «холодно сварить» вместе за считанные секунды только с помощью механического контакта и при чрезвычайно низком приложенном давлении (в отличие от макро- и микромасштабного процесса холодной сварки ). . [39] Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения и измерения на месте показывают, что сварные швы почти идеальны, с той же ориентацией кристаллов, прочностью и электропроводностью, что и остальная часть нанопроволоки. Высокое качество сварных швов объясняется наноразмерами образцов, механизмами ориентированного прикрепления и быстрой поверхностной диффузией с механической поддержкой . Также были продемонстрированы сварные швы между золотом и серебром, а также серебряными нанопроволоками (диаметром ~ 5–15 нм) при температуре, близкой к комнатной, что указывает на то, что этот метод может быть в целом применим для ультратонких металлических нанопроволок. Ожидается , что в сочетании с другими технологиями нано- и микропроизводства [40] [41] холодная сварка будет иметь потенциальное применение в будущей сборке металлических одномерных наноструктур « снизу вверх ».
Изучение механики нанопроволок резко возросло с появлением атомно-силового микроскопа (АСМ) и связанных с ним технологий, которые позволили напрямую изучать реакцию нанопроволоки на приложенную нагрузку. [42] В частности, нанопроволоку можно зажать с одного конца, а свободный конец сместить с помощью наконечника АСМ. В такой геометрии кантилевера точно известна высота АСМ и точно известна приложенная сила. Это позволяет построить кривую зависимости силы от смещения, которую можно преобразовать в кривую зависимости напряжения от деформации, если известны размеры нанопроволоки. Из кривой растяжения-деформации можно определить упругую константу, известную как модуль Юнга , а также вязкость и степень деформационного упрочнения .
Сообщалось об упругой составляющей кривой растяжения-деформации, описываемой модулем Юнга, для нанопроволок, однако модуль очень сильно зависит от микроструктуры. Таким образом, полное описание зависимости модуля от диаметра отсутствует. Аналитически механика сплошной среды была применена для оценки зависимости модуля от диаметра: при растяжении, где - модуль объемного сжатия, - толщина слоя оболочки, в котором модуль зависит от поверхности и изменяется от объема, - модуль поверхности, и это диаметр. [42] Из этого уравнения следует, что модуль увеличивается с уменьшением диаметра. Однако различные вычислительные методы, такие как молекулярная динамика, предсказали, что модуль должен уменьшаться с уменьшением диаметра.
Экспериментально было показано, что золотые нанопроволоки имеют модуль Юнга, который фактически не зависит от диаметра. [43] Аналогичным образом, наноиндентирование применялось для изучения модуля серебряных нанопроволок, и снова было обнаружено, что модуль составляет 88 ГПа, что очень похоже на модуль объемного серебра (85 ГПа) [44]. Эти работы показали, что аналитически Определенная зависимость модуля, по-видимому, подавляется в образцах нанопроволок, кристаллическая структура которых очень напоминает структуру объемной системы.
Напротив, были изучены твердые нанопроволоки Si, и было показано, что они имеют модуль уменьшения с диаметром [45]. Авторы этой работы сообщают о модуле Si, который вдвое меньше объемного значения, и предполагают, что плотность точечных дефектов, и/или потеря химической стехиометрии может объяснить эту разницу.
Пластическая составляющая кривой напряжения-деформации (или, точнее, начало пластичности) описывается пределом текучести . Прочность материала увеличивается за счет уменьшения количества дефектов в твердом теле, что естественным образом происходит в наноматериалах , где объем твердого тела уменьшается. Поскольку нанопроволока сжимается до одной линии атомов, прочность теоретически должна увеличиваться до уровня молекулярной прочности на разрыв. [42] Золотые нанопроволоки были описаны как «сверхвысокопрочные» из-за чрезвычайного увеличения предела текучести, приближающегося к теоретическому значению E/10. [43] Такое огромное увеличение выхода определяется отсутствием дислокаций в твердом теле. Без движения дислокации действует механизм «голодания дислокации». Соответственно, материал может испытывать огромные напряжения, прежде чем станет возможным движение дислокаций, а затем начинает деформационно-упрочняться. По этим причинам нанопроволоки (исторически называемые «усами») широко использовались в композитах для увеличения общей прочности материала. [42] Более того, нанопроволоки продолжают активно изучаться, причем исследования направлены на преобразование улучшенных механических свойств в новые устройства в области MEMS или NEMS .
Нанопровода можно использовать для МОП-транзисторов (МОП -полевых транзисторов ). МОП-транзисторы широко используются в качестве фундаментальных строительных элементов в современных электронных схемах. [46] [47] Как и предсказывает закон Мура , размеры МОП- транзисторов сжимаются все меньше и меньше до наномасштаба. Одной из ключевых задач создания будущих наноразмерных МОП-транзисторов является обеспечение хорошего управления затвором канала. Благодаря высокому соотношению сторон, если диэлектрик затвора обернут вокруг канала нанопроволоки, мы можем получить хороший контроль электростатического потенциала канала, тем самым эффективно включая и выключая транзистор.
Благодаря уникальной одномерной структуре с замечательными оптическими свойствами нанопроволока также открывает новые возможности для создания высокоэффективных фотоэлектрических устройств. [48] По сравнению со своими объемными аналогами, солнечные элементы на основе нанопроволоки менее чувствительны к примесям из-за объемной рекомбинации, и, таким образом, кремниевые пластины с более низкой чистотой могут использоваться для достижения приемлемой эффективности, что приводит к снижению расхода материала. [49]
Первым ключевым шагом для создания активных электронных элементов было химическое легирование полупроводниковой нанопроволоки. Это уже было сделано с отдельными нанопроволоками для создания полупроводников p- и n-типа.
Следующим шагом стал поиск способа создания p–n-перехода , одного из простейших электронных устройств. Это было достигнуто двумя способами. Первый способ заключался в физическом пересечении провода p-типа с проводом n-типа. Второй метод заключался в химическом легировании одной проволоки различными легирующими примесями по длине. Этот метод создал pn-переход только с одним проводом.
После того, как pn-переходы были построены с помощью нанопроводов, следующим логическим шагом стало создание логических вентилей . Соединив несколько pn-переходов вместе, исследователи смогли создать основу всех логических схем: все вентили И , ИЛИ и НЕ были построены из пересечений полупроводниковых нанопроволок.
В августе 2012 года исследователи сообщили о создании первого вентиля И-НЕ из нелегированных кремниевых нанопроводов. Это позволяет избежать проблемы, как добиться прецизионного легирования комплементарных наносхем, которая до сих пор не решена. Им удалось контролировать барьер Шоттки для достижения контактов с низким сопротивлением, поместив слой силицида на границу раздела металл-кремний. [50]
Вполне возможно, что полупроводниковые нанопроволоки будут иметь важное значение для будущего цифровых вычислений. Хотя существуют и другие применения нанопроводов, кроме этих, единственные, которые действительно используют преимущества физики в нанометровом режиме, — это электроника. [51]
Кроме того, нанопроволоки также изучаются для использования в качестве фотонных баллистических волноводов в качестве межсоединений в логических матрицах фотонных ям с квантовыми точками /квантовыми эффектами. Фотоны движутся внутри трубки, электроны — по внешней оболочке.
Когда две нанопроволоки, действующие как фотонные волноводы, пересекаются друг с другом, стык действует как квантовая точка .
Проводящие нанопровода открывают возможность соединения объектов молекулярного масштаба в молекулярный компьютер. Дисперсии проводящих нанопроволок в различных полимерах исследуются для использования в качестве прозрачных электродов для гибких плоских дисплеев.
Из-за их высоких модулей Юнга исследуется их использование в механически улучшающих композитах. Поскольку нанопроволоки собираются в пучки, их можно использовать в качестве трибологических добавок для улучшения характеристик трения и надежности электронных преобразователей и приводов.
Благодаря своему высокому соотношению размеров нанопроволоки также уникально подходят для диэлектрофоретических манипуляций, [52] [53] [54] что предлагает недорогой подход «снизу вверх» к интеграции взвешенных диэлектрических нанопроволок из оксидов металлов в электронные устройства, такие как УФ-излучение, датчики водяного пара и этанола. [55]
Сообщается, что из-за большого отношения поверхности к объему на поверхности нанопроволок благоприятны физико-химические реакции. Это может облегчить работу механизмов деградации в некоторых нанопроволоках при определенных условиях обработки, например, в плазменной среде. [56]
Как упоминалось ранее, высокое соотношение сторон нанопроволок делает эти наноструктуры пригодными для электрохимического зондирования с потенциалом максимальной чувствительности. Одна из проблем использования нанопроводов в коммерческих продуктах связана с изоляцией, обращением и интеграцией нанопроводов в электрическую цепь при использовании традиционного подхода ручного выбора и размещения, что приводит к очень ограниченной пропускной способности. Недавние разработки в области методов синтеза нанопроволок теперь позволяют параллельно производить устройства из одиночных нанопроволок, которые можно использовать в электрохимии, фотонике, газо- и биосенсорстве. [32]
Нанопроволочные лазеры — это нанолазеры с потенциалом использования в качестве оптических межсоединений и оптической передачи данных на кристалле. Лазеры на нанопроволоках построены из полупроводниковых гетероструктур III – V, высокий показатель преломления обеспечивает низкие оптические потери в сердцевине нанопроволоки. Нанопроволочные лазеры — это субволновые лазеры с длиной волны всего несколько сотен нанометров. [57] [58] Лазеры на нанопроволоке представляют собой полости резонатора Фабри-Перо, образованные торцевыми гранями проволоки с высокой отражательной способностью. Недавние разработки продемонстрировали частоту повторения, превышающую 200 ГГц, что открывает возможности для связи на уровне оптического чипа. [59] [60]
Аналогично устройствам на полевых транзисторах, в которых модуляция проводимости (потока электронов/дырок) в полупроводнике между входными (исток) и выходными (сток) клеммами контролируется изменением электростатического потенциала (затвор-электрод) носителей заряда в проводящем канале устройства, методология Bio/Chem-FET основана на обнаружении локального изменения плотности заряда, или так называемого «эффекта поля», который характеризует событие распознавания между целевой молекулой и поверхностный рецептор.
Это изменение поверхностного потенциала влияет на устройство Chem-FET точно так же, как и напряжение на «затворе», приводя к обнаруживаемому и измеримому изменению проводимости устройства. Когда эти устройства изготавливаются с использованием полупроводниковых нанопроводов в качестве транзисторного элемента, связывание химических или биологических веществ с поверхностью датчика может привести к истощению или накоплению носителей заряда в «объеме» нанопроволоки нанометрового диаметра, т.е. раздел доступен для каналов проводимости). Более того, провод, служащий перестраиваемым проводящим каналом, находится в тесном контакте с чувствительной средой объекта, что приводит к малому времени отклика, а также к увеличению чувствительности прибора на порядки за счет огромного Отношение S/V нанопроволок.
Хотя для изготовления нанопроводов использовались несколько неорганических полупроводниковых материалов, таких как Si, Ge и оксиды металлов (например, In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO и т. д.), кремний обычно является предпочтительным материалом при изготовлении нанопроводных полевых транзисторов. на основе химио/биосенсоров. [61]
Несколько примеров использования сенсорных устройств из кремниевых нанопроволок (SiNW) включают сверхчувствительное обнаружение в реальном времени белков-биомаркеров рака, обнаружение одиночных вирусных частиц и обнаружение нитроароматических взрывчатых материалов, таких как 2,4,6. Тринитротолуол (ТНТ) у чувствительных людей превосходит таковой у собак. [62] Кремниевые нанопроволоки также можно использовать в их скрученной форме в качестве электромеханических устройств для измерения межмолекулярных сил с большой точностью. [63]
Обычно заряды растворенных молекул и макромолекул экранируются растворенными противоионами, поскольку в большинстве случаев молекулы, связанные с устройствами, отделены от поверхности сенсора примерно на 2–12 нм (размер белков-рецепторов или линкеров ДНК, связанных с сенсором). поверхность). В результате экранирования электростатический потенциал, возникающий из-за зарядов на молекуле аналита, экспоненциально спадает с расстоянием к нулю. Таким образом, для оптимального измерения длина Дебая должна быть тщательно выбрана для измерений нанопроводных полевых транзисторов. Один из подходов преодоления этого ограничения заключается в фрагментации единиц, захватывающих антитела, и контроле над плотностью поверхностных рецепторов, что обеспечивает более тесное связывание с нанопроволокой целевого белка. Этот подход оказался полезным для значительного повышения чувствительности обнаружения сердечных биомаркеров (например, тропонина ) непосредственно из сыворотки для диагностики острого инфаркта миокарда. [64]
Для минимального воздействия напряжения и изгиба на образцы просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) ( ламели , тонкие пленки и другие механически и лучечувствительные образцы) при переносе внутри сфокусированного ионного пучка (FIB) гибкие металлические нанопроволоки могут быть прикреплены к обычно жесткий микроманипулятор .
К основным преимуществам этого метода относятся значительное сокращение времени подготовки образца (быстрая сварка и резка нанопроволоки при малом токе луча), а также минимизация изгиба под напряжением, загрязнения Pt и повреждения ионным пучком. [65] Этот метод особенно подходит для подготовки образцов для электронной микроскопии in situ .
Кукурузоподобная нанопроволока представляет собой одномерную нанопроволоку с взаимосвязанными наночастицами на поверхности, обеспечивающими большой процент реактивных граней. Кукурузоподобные нанопроволоки TiO 2 были впервые получены с помощью концепции модификации поверхности с использованием механизма напряжения поверхностного натяжения посредством двух последовательных гидротермальных операций и показали увеличение на 12% эффективности сенсибилизированных красителем солнечных элементов в светорассеивающем слое. [66] Ранее сообщалось также о кукурузоподобных нанопроволоках CdSe, выращенных методом химического осаждения в ванне, и кукурузоподобных γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 @TiO 2 фотокатализаторах, индуцированных магнитными дипольными взаимодействиями. [67] [68]
{{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)