Сможет ли новейшее дополнение к семейству нанотрубок заменить углерод?

Используя нанотрубки из нитрида бора в качестве шаблонов, исследователи из… Токийский столичный университет Мы успешно разработали множество одностенных наностержней из дихалькогенидов металлов (TMD), каждый из которых различается по составу, хиральности и диаметру. Это замечательное достижение обещает произвести революцию в применении нанотехнологий, обеспечивая более глубокое понимание механизмов роста и новых оптических свойств этих нанотрубок.

Углеродные нанотрубки обладают выдающейся механической прочностью и электропроводностью, а также другими экзотическими оптоэлектронными характеристиками и имеют потенциальное применение в полупроводниках после эры кремния. Углеродные нанотрубки изготавливаются путем обертывания тонким слоем атомов углерода.

Уникальность углеродных нанотрубок заключается в их тонких структурных сложностях, таких как асимметрия, свойство их формирования, напоминающее «руку». Эта эксцентричность, подобная сворачиванию листа бумаги под углом, придает нанотрубкам особые свойства, отличая их от своих зеркальных аналогов. Однако в настоящее время исследователи изучают материалы, отличные от углерода, которые могут обеспечить более широкий спектр структурных возможностей.

Одной из выделенных альтернатив являются дихалькогениды переходных металлов (ДМД), состоящие из переходных металлов и элементов группы 16. Эти материалы обладают свойствами, не наблюдаемыми в углеродных нанотрубках, включая сверхпроводимость и сегнетоэлектрические свойства, когда воздействие света генерирует напряжение или поток.

Чтобы использовать весь потенциал TMD, ученым необходимо изготовить одностенные нанотрубки различного состава, диаметра и свойств, чтобы изучить их индивидуальные свойства. Однако эта задача оказалась сложной, поскольку наностержни TMD часто образуют многостенные структуры с вариациями хиральности в каждом слое, что усложняет выявление конкретных особенностей, связанных с киративностью.

Команда доцента Юсуке Наканиси из Токийского столичного университета разработала решение этой проблемы. Введя необходимые элементы посредством воздействия пара на нанотрубки нитрида бора в качестве темплатов, им удалось создать спектр одностенных нанотрубок TMD. Тщательный анализ отдельных нанотрубок выявил множество трубок разных и одинаковых диаметров.

Этот подвиг был достигнут путем измерения «эксцентрических углов» отдельных нанотрубок, которые, наряду с их диаметром, определяют их уникальные хиральные конфигурации. Примечательно, что исследователи впервые обнаружили, что углы спирали их нанотрубок распределены случайным образом. Это показывает, что теперь у них есть доступ ко всему спектру возможных точек зрения, предлагая новое понимание сложных отношений между децентрализованным государством и электронным государством – ключевого нерешенного вопроса в этой области.

Кроме того, команде удалось изменить как металл, так и халькоген, а также добиться успеха в производстве селенида молибдена, селенида вольфрама и нанотрубок из сплавов сульфида молибдена. Они также достигли замечательного подвига, создав нанотрубки «Янус», названные в честь двуликого бога из римской мифологии, с одним элементом снаружи и одним внутри.

Благодаря этим разнообразным разработкам в семействе нанотрубок исследователи готовы получить более глубокое понимание нанотрубок TMD и того, как их уникальные свойства возникают из их сложной структуры.

Это новаторское исследование получило поддержку в виде грантов JSPS KAKENHI (номера грантов JP23H01807, JP20H02572, JP21H05232, JP21H05234, JP22K04886, JP22H05468, JP22H01911, JP22H02573, JP21H05017, JP2). 2H0 5469, JP23H00259, JP23K13635, JP23H00097, JP22H05441, JP21H05235, JPJSJRP20221202), Программа JST CREST ( номера грантов JPMJCR17I5 и JPMJCR20B1) и программы JST FOREST (грант № JPMJFR213X).

Ссылка на журнал:

Наканиши Ю., и другие. (2023) Структурное разнообразие одностенных дихалькогенидных нанотрубок переходных металлов, выращенных посредством темплатного взаимодействия. Передовые материалы. doi:10.1002/adma.202306631

источник: https://www.tmu.ac.jp/english/index.html