La nanomarca es un material bidimensional nanoestructurado inorgánico , similar al grafeno . Fue descubierto en 2003 en la Universidad de Zurich , Suiza. [1]
Consiste en una sola capa de átomos de boro (B) y nitrógeno (N), que se forma por autoensamblaje en una malla muy regular después de la exposición a alta temperatura de una superficie limpia de rodio [1] o rutenio [2] a borazina bajo vacío ultra alto .
La nanomatriz parece un conjunto de poros hexagonales [3] (ver imagen de la derecha) en la escala nanométrica (nm). La distancia entre dos centros de poros es de solo 3,2 nm, mientras que cada poro tiene un diámetro de aproximadamente 2 nm y una profundidad de 0,05 nm. Las regiones más bajas se unen fuertemente al metal subyacente, mientras que los alambres [3] (regiones más altas) solo se unen a la superficie a través de fuertes fuerzas cohesivas dentro de la propia capa.
La nanomola de nitruro de boro no solo es estable al vacío, [1] aire [4] y algunos líquidos, [5] [6], sino también hasta temperaturas de 796 ° C (1070 K). [1] Además, muestra la extraordinaria capacidad de atrapar moléculas [5] y grupos metálicos , [2] que tienen tamaños similares a los poros nanomáscaras, formando una matriz bien ordenada. Estas características pueden proporcionar aplicaciones del material en áreas como funcionalización de superficies , espintrónica , computación cuántica y medios de almacenamiento de datos como discos duros .
Estructura
La nanomilla h-BN es una hoja única de nitruro de boro hexagonal , que se forma en sustratos como cristales de rodio Rh (111) o rutenio Ru (0001) mediante un proceso de autoensamblaje .
La celda unitaria de la nanomola h-BN consta de 13x13 BN o 12x12 átomos de Rh con una constante de red de 3,2 nm. En una sección transversal, significa que 13 átomos de boro o nitrógeno están asentados sobre 12 átomos de rodio. Esto implica una modificación de las posiciones relativas de cada BN hacia los átomos del sustrato dentro de una celda unitaria, donde algunos enlaces son más atractivos o repulsivos que otros (enlace selectivo de sitio), lo que induce la corrugación de la nanomatriz (ver imagen derecha con poros y cables).
La amplitud de la ondulación de nanomaterillas de 0,05 nm provoca un fuerte efecto en la estructura electrónica , donde se observan dos regiones BN distintas. Se reconocen fácilmente en la imagen inferior derecha, que es una medición de microscopía de túnel de barrido (STM), así como en la imagen inferior izquierda que representa un cálculo teórico de la misma área. Una región fuertemente delimitada asignada a los poros es visible en azul en la imagen de la izquierda a continuación (centro de los anillos brillantes en la imagen de la derecha) y una región débilmente unida asignada a los cables aparece de color amarillo-rojo en la imagen de la izquierda a continuación (área en el medio anillos en la imagen de la derecha).
Propiedades
La nanomarca es estable en una amplia gama de entornos como aire, agua y electrolitos, entre otros. También es resistente a la temperatura ya que no se descompone en temperaturas de hasta 1275K bajo vacío. Además de estas estabilidades excepcionales, la nanomatriz muestra la extraordinaria capacidad de actuar como un andamio para nano agrupaciones metálicas y de atrapar moléculas formando una matriz bien ordenada.
En el caso del oro (Au), su evaporación en la nanomastilla conduce a la formación de nanopartículas de Au redondas bien definidas, que se centran en los poros de la nanomastilla.
El STM figura de la derecha muestra naftalocianina moléculas (NC), que eran vapor depositado- sobre la nanomalla. Estas moléculas planas tienen un diámetro de aproximadamente 2 nm, cuyo tamaño es comparable al de los poros de nanomaterial (ver recuadro superior). Es espectacularmente visible cómo las moléculas forman una matriz bien ordenada con la periodicidad de la nanomastilla (3,22 nm). El recuadro inferior muestra una región de este sustrato con mayor resolución, donde las moléculas individuales quedan atrapadas dentro de los poros. Además, las moléculas parecen mantener su conformación nativa , lo que significa que se mantiene su funcionalidad, lo que hoy en día es un desafío para la nanociencia .
Estos sistemas con un amplio espaciado entre moléculas / grupos individuales e interacciones intermoleculares insignificantes podrían ser interesantes para aplicaciones tales como electrónica molecular y elementos de memoria , en fotoquímica o en dispositivos ópticos.
Consulte [2] [5] [6] para obtener información más detallada.
Preparación y análisis
Las nanomachas bien ordenadas se cultivan mediante la descomposición térmica de la borazina (HBNH) 3 , una sustancia incolora que es líquida a temperatura ambiente. La nanomastilla se produce después de exponer la superficie Rh (111) o Ru (0001) atómicamente limpia a la borazina por deposición química de vapor (CVD).
El sustrato se mantiene a una temperatura de 796 ° C (1070 K) cuando se introduce borazina en la cámara de vacío a una dosis de aproximadamente 40 L (1 Langmuir = 10 -6 torr seg). Una presión de vapor de borazina típica dentro de la cámara de vacío ultra alto durante la exposición es de 3x10 −7 mbar .
Después de enfriar a temperatura ambiente, se observa la estructura regular de la malla utilizando diferentes técnicas experimentales. La microscopía de túnel de barrido (STM) ofrece una visión directa de la estructura espacial real local de la nanomedicina, mientras que la difracción de electrones de baja energía (LEED) proporciona información sobre las estructuras de superficie ordenadas en toda la muestra. La espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (UPS) proporciona información sobre los estados electrónicos en las capas atómicas más externas de una muestra, es decir, información electrónica de las capas superiores del sustrato y la nanomatriz.
Ver también
Otras formas
La CVD de la borazina en otros sustratos no ha conducido hasta ahora a la formación de una nanomapa ondulada. Se observa una capa plana de BN en el níquel [8] y el paladio , [9] [10] mientras que las estructuras desnudas aparecen en el molibdeno [11] .
Referencias y notas
- ^ a b c d e M. Corso; Auwärter, Willi; Muntwiler, Matthias; Tamai, Anna; et al. (2004). "Nitruro de boro Nanomesh". Ciencia . 303 (5655): 217–220. Código Bibliográfico : 2004Sci ... 303..217C . doi : 10.1126 / science.1091979 . PMID 14716010 . S2CID 11964344 .
- ^ a b c d A. Goriachko; Oye; Knapp, M; Más, H; et al. (2007). "Autoensamblaje de una nanomala hexagonal de nitruro de boro sobre Ru (0001)". Langmuir . 23 (6): 2928-2931. doi : 10.1021 / la062990t . PMID 17286422 .
- ^ a b En la literatura se pueden encontrar diferentes palabras que se refieren a conceptos similares. A continuación se muestra un resumen de ellos:
- Poros, aberturas, orificios: áreas de la nanomatriz que se encuentran más cercanas al sustrato subyacente debido a una fuerte atracción. Forman depresiones de 0,05 nm de profundidad y forma hexagonal.
- Alambres: áreas de la nanomatriz que se refieren al borde de los poros, que colocan la distancia al sustrato subyacente y, por lo tanto, representan la parte superior de la nanomarca.
- ^ a b O. Litera; Corso, M; Martoccia, D; Herger, R; et al. (2007). "Estudio de difracción de rayos X de superficie de nanomash de nitruro de boro en el aire" . Navegar. Sci . 601 (2): L7 – L10. Código Bibliográfico : 2007SurSc.601L ... 7B . doi : 10.1016 / j.susc.2006.11.018 .
- ^ a b c d S. Berner; M. Corso; et al. (2007). "Nanomesh de nitruro de boro: funcionalidad de una monocapa corrugada". Angew. Chem. En t. Ed . 46 (27): 5115–5119. doi : 10.1002 / anie.200700234 . PMID 17538919 .
- ^ a b R. Widmer; Berner, S; Groning, O; Brugger, T; et al. (2007). "Investigación STM electrolítica in situ de h-BN-Nanomesh". Electrochem. Comun . 9 (10): 2484–2488. doi : 10.1016 / j.elecom.2007.07.019 .
- ^ R. Laskowski; Blaha, Peter; Gallauner, Thomas; Schwarz, Karlheinz (2007). "Modelo de una sola capa de la nanomatriz de h-BN en la superficie Rh (111)". Phys. Rev. Lett . 98 (10): 106'802. Código bibliográfico : 2007PhRvL..98j6802L . doi : 10.1103 / PhysRevLett.98.106802 . PMID 17358554 .
- ^ T. Greber; Brandenberger, Louis; Corso, Martina; Tamai, Anna; et al. (2006). "Películas de nitruro de boro hexagonales de una sola capa sobre Ni (110)" (- Búsqueda académica ) . EJ. Navegar. Sci. Nanotecnología . 4 : 410. doi : 10.1380 / ejssnt.2006.410 .
- ^ M. Corso; Greber, Thomas; Osterwalder, Jürg (2005). "h-BN en Pd (110): ¿un sistema sintonizable para nanoestructuras autoensambladas?". Navegar. Sci . 577 (2-3): L78. Código bibliográfico : 2005SurSc.577L..78C . doi : 10.1016 / j.susc.2005.01.015 .
- ^ M. Morscher; Corso, M .; Greber, T .; Osterwalder, J. (2006). "Formación de h-BN de una sola capa en Pd (111)". Navegar. Sci . 600 (16): 3280–3284. Código Bibliográfico : 2006SurSc.600.3280M . doi : 10.1016 / j.susc.2006.06.016 .
- ^ M. Allan; Berner, Simon; Corso, Martina; Greber, Thomas; et al. (2007). "Autoensamblaje sintonizable de nanoestructuras unidimensionales con direcciones ortogonales" . Res. A nanoescala Lett . 2 (2): 94–99. Código Bibliográfico : 2007NRL ..... 2 ... 94A . doi : 10.1007 / s11671-006-9036-2 . PMC 3245566 .
Otros enlaces
http://www.nanomesh.ch
http://www.nanomesh.org