Cấu trúc Nano Một Chiều: Tổng hợp, Đặc trưng và Ứng dụng

Advanced Materials - Tập 15 Số 5 - Trang 353-389 - 2003
Yan Xia, Pengfei Yang, Yugang Sun1, Yun Wu2, B. Mayers1, Byron D. Gates1, Yadong Yin1, Franklin Kim2, Hugen Yan2
1Department of Chemistry, University of Washington Seattle, WA 98195 USA
2Department of Chemistry, University of California, Berkeley, CA 94720 USA

Tóm tắt

Tóm tắtBài báo này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các hoạt động nghiên cứu hiện tại tập trung vào cấu trúc nano một chiều (1D)—dây, que, dây đai và ống—với kích thước ngang nằm trong khoảng từ 1 đến 100 nm. Chúng tôi dành phần lớn sự chú ý cho các cấu trúc nano 1D được tổng hợp với số lượng tương đối lớn bằng các phương pháp hóa học. Chúng tôi bắt đầu bài báo này bằng một cái nhìn tổng quan về các chiến lược tổng hợp đã được áp dụng để đạt được sự phát triển 1D. Sau đó, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về những phương pháp này trong bốn phần tiếp theo: i) sự phát triển hình học không đồng nhất do cấu trúc tinh thể của vật liệu rắn quy định; ii) sự phát triển hình học không đồng nhất bị hạn chế và được định hình bởi các khuôn khác nhau; iii) sự phát triển hình học không đồng nhất được điều khiển bởi động học thông qua sự bão hòa quá mức hoặc thông qua việc sử dụng một tác nhân bao phủ phù hợp; và iv) những khái niệm mới chưa được chứng minh đầy đủ, nhưng có tiềm năng dài hạn trong việc tạo ra các cấu trúc nano 1D. Tiếp theo là một cuộc thảo luận về các kỹ thuật tạo ra các loại dây nano hợp cấu trúc quan trọng khác nhau. Đến cuối bài báo này, chúng tôi nhấn mạnh một loạt các tính chất độc đáo (ví dụ: nhiệt, cơ học, điện tử, quang điện, quang học, quang phi tuyến và phát xạ trường) liên quan đến các loại cấu trúc nano 1D khác nhau. Chúng tôi cũng sẽ thảo luận ngắn gọn về một số phương pháp có thể hữu ích cho việc lắp ráp các cấu trúc nano 1D thành các thiết bị chức năng dựa trên giao điểm thanh chéo, và các kiến trúc phức tạp như mạng 2D và 3D định kỳ. Chúng tôi kết thúc bài tổng quan này bằng những quan điểm cá nhân về các hướng mà nghiên cứu trong tương lai về lớp vật liệu nano cấu trúc mới này có thể hướng tới.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

See for example Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology(Ed: H. S. Nalwa) Academic Press New York2000.

Nanostructured Materials: Clusters Composites and Thin Films(Eds: V. M. Shalaev M. Moskovits) American Chemical Society Washington DC1997.

Nanomaterials: Synthesis Properties and Applications(Eds: A. S. Edelstein R. C. Cammarata) Institute of Physics Philadelphia PA1996.

Acc. Chem. Res. 1999 32

10.1002/(SICI)1521-4095(199811)10:16<1297::AID-ADMA1297>3.0.CO;2-7

10.1021/cm960902s

10.1002/adma.19920041003

Dagani R., 2000, C&EN News, 27

10.1021/cen-v078n018.p041

10.1126/science.284.5422.1939

Future Trends in Microelectronics: The Nano Millennium(Eds: S. Luryi J. Xu A. Zaslavsky) Wiley‐Interscience New York2002.

10.1038/35023221

10.1146/annurev.matsci.31.1.203

10.1146/annurev.matsci.30.1.545

10.1126/science.271.5251.933

10.1021/j100065a007

10.1146/annurev.pc.41.100190.002401

10.1038/375767a0

10.1063/1.881139

Likharev K.K., 1992, Sci. Am., 80

10.1147/rd.321.0144

10.1021/ar980039x

Physics of Quantum Well Devices(Ed: B. R. Nag) Kluwer Dordrecht The Netherlands2000.

Molecular Beam Epitaxy: Fundamentals and Current Status(Eds: M. A. Herman H. Sitter) Springer Berlin1996.

10.1351/pac200072010003

1998, MRS Bull., 2, 15

10.1002/adma.19930050104

10.1002/adma.19930050204

10.1021/cr00081a002

10.1021/ar9700320

Klimov V.I., 2000, Science, 314, 290

10.1038/39535

10.1063/1.1382628

10.1002/1439-7641(20000804)1:1<18::AID-CPHC18>3.0.CO;2-L

10.1063/1.1455130

10.1038/nature01217

10.1038/370354a0

10.1002/1521-4095(200009)12:17<1295::AID-ADMA1295>3.0.CO;2-B

10.1021/ar9700365

1999, MRS Bull., 24, 20

Cerrina F., 1996, MRS Bull., 56, 10.1557/S0883769400032127

10.1063/1.881964

10.1088/0957-4484/7/3/013

10.1126/science.286.5439.523

10.1126/science.270.5242.1625

Levenson M.D., 1995, Solid State Technol., 81

Dunn P.N., 1994, Solid State Technol., 49

10.1021/cr980002q

2002, Acc. Chem. Res., 36, 997

E. I. Givargizov Highly Anisotropic Crystals(Eds: M. Senechal S. College) Reidel Dordrecht The Netherlands1987.

10.1007/BF00540325

10.1007/BF00549300

10.1002/zaac.19502610102

Meyer K.H., 1937, Helv. Chim. Acta, 61, 1932

L. Stryer Biochemistry 3rd ed. W. H. Freeman and Company New York1988 p. 261.

10.1016/0022-4596(85)90211-7

10.1209/0295-5075/21/3/011

10.1126/science.273.5276.782

10.1126/science.268.5216.1463

10.1103/PhysRevLett.83.5334

10.1002/1521-4095(200010)12:20<1526::AID-ADMA1526>3.0.CO;2-B

10.1021/ja016220

K. W. Bagnal The Chemistry of Selenium Tellurium and Polonium Elsevier New York1966.

A. A. Kudryavtsev The Chemistry & Technology of Selenium and Tellurium Collet’s London1974 pp. 1–8.

L. I. Berger Semiconductor Materials CRC Press Boca Raton FL1997 pp. 86–88.

Tellurium(Ed: W. C. Cooper) Van Nostrand Reinhold Co. New York1971.

A. A. Kudryavtsev The Chemistry & Technology of Selenium and Tellurium Collet’s London1974 pp. 227–237.

T. C. Carter Thermoelectric and Thermomagnetic Effects and Applications McGraw‐Hill New York1967.

10.1063/1.1702669

10.1002/1616-3028(200203)12:3<219::AID-ADFM219>3.0.CO;2-U

10.1021/ja002608d

10.1007/BF01425254

10.1002/zaac.19020320113

10.1016/S0378-4371(98)00377-X

10.1021/cm00028a004

10.1002/1521-4095(20021203)14:23<1749::AID-ADMA1749>3.0.CO;2-Z

10.1126/science.247.4949.1439

10.1143/JJAP.14.929

10.1143/JJAP.11.1113

10.1039/b201058e

10.1557/S0883769400060930

10.1002/1521-4095(20020219)14:4<279::AID-ADMA279>3.0.CO;2-2

10.1002/1521-4095(20021118)14:22<1658::AID-ADMA1658>3.0.CO;2-2

10.1002/1521-4095(200109)13:18<1380::AID-ADMA1380>3.0.CO;2-W

A. A. Kudryavtsev The Chemistry and Technology of Selenium and Tellurium Collet’s London1974 p. 53.

A. K. Cheetham P. Day Solid State Chemistry (Compounds) Clarendon Press Oxford1992 p. 31.

Extended Linear Chain Compounds(Ed: J. S. Miller) Plenum Press New York1982.

Chemistry and Physics of One‐Dimensional Metals(Ed: H. J. Keller) Plenum Press New York1977.

10.1016/S1387-7003(01)00208-8

E. I. Gerzanich V. A. Lyakhovitskaya V. M. Fridkin B. A. Popovkin inCurrent Topics in Materials Science Vol. 10 (Ed: E. Kaldis) North‐Holland Publishing Company Amsterdam1982 pp. 55–190.

10.1002/9780470166215.ch1

10.1016/S0039-6028(01)00840-8

10.1039/a802948b

10.1016/0022-0248(83)90279-8

10.1002/adma.19940061103

10.1002/aoc.590040203

10.1002/anie.199008571

M. Madou Fundamentals of Microfabrication CRC Press Boca Raton FL1997.

10.1021/ja00252a039

10.1063/1.95813

10.1063/1.89690

10.1088/0957-4484/7/3/015

10.1063/1.112553

Kapon E., 1992, Phys. Phys. Lett., 60, 477

10.1063/1.106595

10.1016/S0168-583X(00)00673-X

10.1063/1.118437

10.1557/S0883769400044638

10.1126/science.280.5363.545

10.1063/1.96268

Wegschneider W., 1994, Appl. Phys. Lett., 65, 2512

J. L. Vossen W. Kern Thin Film Processes Academic Press New York1978.

10.1021/jp013219o

10.1021/jp026389p

10.1126/science.290.5499.2120

10.1116/1.581875

10.1116/1.579014

10.1039/a700027h

10.1021/ar00050a002

10.1126/science.266.5193.1961

R. L. Fleisher P. B. Price R. M. Walker Nuclear Tracks in Solids University of California Press Berkeley CA1975.

A. Despic V. P. Parkhutik inModern Aspects of Electrochemistry(Eds: J. O. Bockris R. E. White B. E. Conway) Vol. 20 Plenum Press New York1989 Ch. 6.

10.1007/s003390101136

10.1016/S0304-8853(98)01099-3

10.1126/science.268.5216.1466

10.1557/JMR.1994.1174

10.1126/science.263.5148.800

10.1021/jp982882i

10.1126/science.261.5126.1316

10.1002/1521-4095(200109)13:18<1393::AID-ADMA1393>3.0.CO;2-C

10.1002/1521-4095(200108)13:16<1238::AID-ADMA1238>3.0.CO;2-3

10.1063/1.125046

10.1016/S0009-2614(00)01426-3

10.1063/1.1350959

10.1063/1.126238

10.1021/la9507803

10.1021/cm990001u

10.1007/BF01124672

10.1021/ja00193a077

10.1021/cm9811545

10.1557/JMR.1998.0243

10.1002/1616-3028(20020101)12:1<59::AID-ADFM59>3.0.CO;2-B

10.1002/1521-4095(200108)13:16<1269::AID-ADMA1269>3.0.CO;2-S

10.1021/cm9811500

10.1021/cm970014c

10.1002/adma.19950070519

10.1002/adma.19960081022

10.1126/science.268.5211.700

10.1002/adma.19950071103

10.1063/1.113493

10.1063/1.1476071

10.1002/1521-4095(200101)13:1<62::AID-ADMA62>3.0.CO;2-7

10.1063/1.123675

10.1021/nl025541w

10.1126/science.294.5540.137

10.1002/(SICI)1521-4095(199908)11:12<1021::AID-ADMA1021>3.0.CO;2-S

10.1002/1616-3028(20020201)12:2<143::AID-ADFM143>3.0.CO;2-A

10.1002/1521-4095(200104)13:7<517::AID-ADMA517>3.0.CO;2-8

10.1126/science.1062126

10.1039/b002549f

10.1021/cm0010553

10.1063/1.1327278

10.1021/cm000617f

10.1126/science.274.5294.1897

10.1126/science.265.5180.1850

10.1038/361333a0

10.1021/cm990546o

10.1557/JMR.2000.0381

10.1016/S0009-2614(99)00003-2

10.1039/a707632k

10.1039/a901572h

10.1002/anie.198801131

Li M., 1999, Nature, 10, 1358

10.1039/b100005p

10.1021/jp971656q

10.1021/ar960016n

10.1021/ja028110o

10.1006/jcis.2001.7706

10.1021/la00009a002

10.1002/1521-4095(20020104)14:1<80::AID-ADMA80>3.0.CO;2-#

10.1039/b200953f

10.1021/nl0202556

10.1002/1521-4095(200109)13:18<1389::AID-ADMA1389>3.0.CO;2-F

10.1039/b100521i

10.1021/jp0107964

10.1002/1521-4095(20020104)14:1<61::AID-ADMA61>3.0.CO;2-Y

10.1002/1521-3773(20020118)41:2<333::AID-ANIE333>3.0.CO;2-5

10.1063/1.882522

10.1021/cm0105007

10.1002/1521-4095(200009)12:18<1348::AID-ADMA1348>3.0.CO;2-X

10.1002/(SICI)1521-4095(199912)11:18<1512::AID-ADMA1512>3.0.CO;2-S

10.1002/1521-4095(20020404)14:7<489::AID-ADMA489>3.0.CO;2-Y

10.1021/nl0156134

10.1021/nl015622c

10.1021/nl025508

10.1021/nl0257216

10.1038/nature01141

10.1063/1.1324731

10.1016/S0009-2614(00)01162-3

10.1038/375564a0

10.1126/science.1071247

10.1038/35826

10.1002/1521-4095(200112)13:23<1793::AID-ADMA1793>3.0.CO;2-V

10.1038/375769a0

10.1002/1521-4095(200009)12:18<1346::AID-ADMA1346>3.0.CO;2-8

10.1557/JMR.1999.0156

10.1002/1521-4095(200009)12:18<1346::AID-ADMA1346>3.0.CO;2-8

10.1002/1521-4095(200110)13:19<1487::AID-ADMA1487>3.0.CO;2-Q

10.1021/ja016818h

10.1021/nl025531v

10.1021/nl0202915

Sun Y., 2003, Adv. Mater., in press

10.1021/ja0166895

10.1002/1616-3028(20021016)12:10<679::AID-ADFM679>3.0.CO;2-#

10.1116/1.586661

Whisker Technology(Ed: A. P. Levitt) Wiley‐Interscience New York1970.

10.1007/BF01332774

10.1016/0001-6160(55)90042-0

10.1016/0001-6160(55)90041-9

10.1016/0001-6160(53)90131-X

10.1021/cm0201697

10.1126/science.1058120

10.1021/jp013214r

10.1021/jp013228x

10.1021/nl015656k

10.1557/JMR.1997.0393

10.1557/JMR.1996.0003

10.1126/science.273.5283.1836

10.1016/0022-0248(74)90332-7

10.1111/j.1151-2916.1965.tb14741.x

10.1002/1521-4095(200009)12:18<1343::AID-ADMA1343>3.0.CO;2-Q

10.1002/1521-4095(200104)13:8<591::AID-ADMA591>3.0.CO;2-#

10.1021/cm0104093

10.1021/nl0257519

10.1002/1616-3028(20020418)12:4<293::AID-ADFM293>3.0.CO;2-U

10.1021/ja017817s

10.1063/1.1753975

10.1002/(SICI)1521-4095(200002)12:4<298::AID-ADMA298>3.0.CO;2-Y

10.1021/ja993713u

10.1126/science.279.5348.208

10.1021/cm9907514

10.1016/S0022-0248(01)01360-4

10.1116/1.589291

10.1021/ja0040518

10.1016/S0009-2614(01)00905-8

10.1016/S0022-0248(01)01466-X

10.1116/1.1382871

10.1002/(SICI)1521-4095(200005)12:10<738::AID-ADMA738>3.0.CO;2-J

10.1006/spmi.1996.0270

10.1063/1.359026

10.1002/adma.19930050715

10.1016/S0009-2614(02)00530-4

10.1021/cm0115564

10.1002/(SICI)1521-4095(200002)12:4<298::AID-ADMA298>3.0.CO;2-Y

10.1016/S0022-0248(98)00515-6

10.1016/S0022-0248(02)01690-1

10.1016/S0009-2614(01)00063-X

10.1002/1521-4095(200101)13:2<113::AID-ADMA113>3.0.CO;2-H

10.1021/ja0059084

10.1002/1521-3765(20020315)8:6<1260::AID-CHEM1260>3.0.CO;2-Q

10.1021/ja002008e

10.1126/science.270.5243.1791

10.1002/(SICI)1521-3773(20000417)39:8<1470::AID-ANIE1470>3.0.CO;2-L

10.1021/ja9640859

10.1021/ja0025907

10.1021/cm000157q

10.1021/ja9640859

10.1021/nl0202307

10.1021/ja016788i

10.1126/science.287.5457.1471

10.1016/0009-2614(93)89073-Q

10.1021/ja0177105

10.1021/nl025551x

10.1246/cl.2002.226

10.1021/la9713816

10.1002/(SICI)1521-4095(200006)12:11<818::AID-ADMA818>3.0.CO;2-L

10.1021/cm9903327

10.1021/ja9832414

J. A. Venables Introduction to Surface and Thin Film Processes Cambridge University Press Cambridge2000 p. 4.

10.1021/jp993593c

10.1126/science.1077229

10.1002/anie.198815301

10.1021/ja992409y

10.1126/science.272.5270.1924

10.1038/35003535

10.1021/ja003055

10.1021/ja0027766

10.1021/ja0173167

10.1126/science.1058495

10.1021/nl0100522

10.1021/ja001628c

10.1021/nl010093y

10.1002/1521-4095(20020605)14:11<833::AID-ADMA833>3.0.CO;2-K

10.1021/cm020587b

10.1021/jp0011701

10.1016/S0039-6028(99)00865-1

10.1021/jp990992z

10.1051/jphyslet:019800041022053100

L. Isaacs D. N. Chin N. Bowden Y. Xia G. M. Whitesides inSupermolecular Technology(Ed: D. N. Reinhoudt) John Wiley & Sons New York1999 pp. 1–46.

10.1002/chem.19970031210

10.1002/(SICI)1521-4095(199806)10:9<661::AID-ADMA661>3.0.CO;2-L

10.1021/nl0157086

10.1021/nl025608f

10.1103/PhysRevE.65.031606

10.1038/382609a0

10.1038/382607a0

10.1021/ja011048v

10.1039/b009606g

10.1021/nl025598i

Yin Y., 2003, J. Am. Chem. Soc., 125, in press

10.1126/science.1063821

10.1021/jp984508o

10.1021/la980386f

10.1021/la001170s

10.1002/1521-4095(200110)13:19<1501::AID-ADMA1501>3.0.CO;2-Z

10.1021/la00048a054

10.1021/la00036a056

10.1021/la990225r

10.1126/science.249.4970.749

10.1021/nl005532s

10.1021/la970568u

10.1038/374437a0

T. B. Jones Electromechanics of Particles Cambridge University Press Cambridge UK1995.

10.1126/science.1072086

10.1103/PhysRev.23.655

10.1126/science.250.4984.1118

10.1007/BF01086455

10.1126/science.258.5083.783

10.1126/science.273.5273.347

Silicon Chemical Etching(Ed: J. Grabmaier) Springer‐Verlag Berlin1982.

10.1109/PROC.1982.12331

10.1002/adma.19950070710

10.1116/1.589842

10.1063/1.118988

10.1116/1.589836

10.1063/1.121362

10.1364/AO.37.002145

10.1063/1.1367898

10.1002/1521-4095(200010)12:19<1426::AID-ADMA1426>3.0.CO;2-B

C. Weisbuch B. Vinter Quantum Semiconductor Structures Academic Press Boston1991.

10.1021/jp0009305

10.1038/19941

10.1063/1.126257

10.1021/nl0156888

10.1038/415617a

10.1021/nl010099n

D. Li Y. Wu P. Kim L. Shi N. Mingo L. Yang P. Yang A. Majumdar 2003 unpublished.

10.1021/ac00109a003

10.1088/0953-8984/13/25/201

10.1103/PhysRevA.13.2287

10.1103/PhysRevB.61.6086

10.1002/1521-4095(200104)13:7<520::AID-ADMA520>3.0.CO;2-W

10.1063/1.126871

10.1021/jp004253q

10.1002/1521-4095(200103)13:5<317::AID-ADMA317>3.0.CO;2-L

10.1126/science.249.4974.1256

10.1088/0370-1301/64/9/303

Petch N.J., 1953, J. Iron Steel Inst., 174, 25

10.1038/35328

10.1126/science.277.5334.1971

10.1126/science.283.5407.1513

10.1073/pnas.97.12.6282

10.1103/PhysRevLett.87.026101

10.1038/35051047

10.1126/science.1066192

10.1038/35051205

10.1126/science.1066920

10.1126/science.293.5531.782

10.1103/PhysRevB.61.4850

10.1116/1.582348

10.1038/27405

10.1063/1.881503

10.1021/nl015667d

10.1126/science.291.5505.851

10.1063/1.126257

10.1016/S0928-4931(01)00395-2

10.1021/jp010867z

10.1126/science.291.5504.630

10.1038/35010065

10.1088/0953-8984/12/14/311

10.1063/1.124914

10.1103/PhysRevB.59.12579

G. Dresselhaus M. S. Dresselhaus Z. Zhang X. Sun Int. Conf. on Thermoelectrics Nagoya Japan 1998 IEEE Piscataway NJ1998 p. 43.

10.1038/35098012

10.1038/35098159

10.1103/PhysRevLett.82.197

10.1126/science.1062340

10.1126/science.1069156

10.1016/S0009-2614(99)01414-1

10.1021/ac0258352

10.1126/science.1060367

10.1063/1.121620

10.1038/nmat728

10.1021/jp012304t

10.1021/jp001435b

10.1021/nl015686n

10.1063/1.882658

10.1002/1521-4095(20020116)14:2<158::AID-ADMA158>3.0.CO;2-W

10.1063/1.126025

10.1021/ac0110449

10.1126/science.1063189

10.1126/science.1062711

10.1002/1521-3773(20020703)41:13<2405::AID-ANIE2405>3.0.CO;2-3

10.1016/S0009-2614(99)01398-6

10.1063/1.1518810

Y. Sun B. Mayers Y. Xia 2003 unpublished.

10.1021/ja002553f

10.1021/ja0059138

10.1016/0038-1098(94)90202-X

10.1021/nl015702g

Thông tin
Thông tin xuất bản

Advanced Materials

Tập 15 Số 5

353-389

Thông tin tác giả