En nanotecnología , las nanovarillas son una morfología de los objetos a nanoescala. Cada una de sus dimensiones varía entre 1 y 100 nm . Pueden sintetizarse a partir de metales o materiales semiconductores. [1] Las relaciones de aspecto estándar (longitud dividida por ancho) son 3-5. Las nanovarillas se producen por síntesis química directa . Una combinación de ligandos actúa como agentes de control de forma y se une a diferentes facetas de la nanovarilla con diferentes fuerzas. Esto permite que diferentes caras de la nanovarilla crezcan a diferentes velocidades, produciendo un objeto alargado.
Una aplicación potencial de las nanovarillas es en las tecnologías de visualización, porque la reflectividad de las varillas se puede cambiar cambiando su orientación con un campo eléctrico aplicado. Otra aplicación es para sistemas microelectromecánicos (MEMS). Las nanovarillas, junto con otras nanopartículas de metales nobles, también funcionan como agentes terapéuticos. Las nanovarillas absorben en el IR cercano y generan calor cuando se excitan con luz IR. Esta propiedad ha llevado al uso de nanobarras como terapéutica contra el cáncer. Los nanorods se pueden conjugar con motivos dirigidos a tumores e ingerirse. Cuando un paciente se expone a la luz IR (que atraviesa el tejido corporal), las nanobarras captadas selectivamente por las células tumorales se calientan localmente, destruyendo solo el tejido canceroso y dejando intactas las células sanas.
También se han investigado las nanovarillas basadas en materiales semiconductores para su aplicación como dispositivos de captación de energía y emisores de luz. En 2006, Ramanathan et al. demostraron 1 fotoluminiscencia sintonizable mediada por campo eléctrico de nanobarras de ZnO, con potencial de aplicación como nuevas fuentes de radiación casi ultravioleta.
Síntesis
Nanobarras de ZnO
La nanovarilla de óxido de zinc (ZnO), también conocida como nanoalambre , tiene una energía de banda prohibida directa de 3,37 eV , que es similar a la de GaN , y tiene una energía de enlace de excitación de 60 meV. La banda prohibida óptica de la nanovarilla de ZnO se puede ajustar cambiando la morfología , la composición, el tamaño, etc. En los últimos años, las nanovarillas de ZnO se han utilizado intensamente para fabricar dispositivos electrónicos a nanoescala, incluidos el transistor de efecto de campo , el fotodetector ultravioleta , el diodo Schottky y el ultravioleta. diodo emisor de luz brillante (LED). Se han desarrollado varios métodos para fabricar nanobarras de ZnO de wurtzita monocristalinas . Entre esos métodos, el crecimiento desde la fase de vapor es el enfoque más desarrollado. En un proceso de crecimiento típico, el vapor de ZnO se condensa sobre un sustrato sólido. El vapor de ZnO se puede generar mediante tres métodos: evaporación térmica, reducción química y método Vapor-Líquido-Sólido (VLS). En el método de evaporación térmica, el polvo comercial de ZnO se mezcla con SnO 2 y se evapora calentando la mezcla a temperatura elevada. En el método de reducción química, el vapor de zinc, generado por la reducción de ZnO, se transfiere a la zona de crecimiento, seguido de la reoxidación a ZnO. El proceso VLS, propuesto originalmente en 1964, es el proceso más utilizado para sintetizar nanobarras de ZnO monocristalino. En un proceso típico, las gotitas catalíticas se depositan sobre el sustrato y las mezclas de gases, incluido el vapor de Zn y una mezcla de CO / CO 2 , reaccionan en la interfaz catalizador-sustrato, seguido de nucleación y crecimiento. Los catalizadores metálicos típicos involucran oro , cobre , níquel y estaño . Los nanocables de ZnO se cultivan epitaxialmente sobre el sustrato y se ensamblan en matrices de monocapa. También se ha desarrollado recientemente la deposición de vapor químico metalorgánico ( MOCVD ). No hay catalizador involucrado en este proceso y la temperatura de crecimiento es de 400 ~ 500 ° C, es decir, condiciones considerablemente más suaves en comparación con el método tradicional de crecimiento de vapor. [3] Además, las nanovarillas de óxido de metal (ZnO, CuO, Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , otros) pueden fabricarse simplemente calentando el metal inicial en el aire en un proceso de oxidación térmica . [4] Por ejemplo, para hacer una "alfombra" densa de nanobarras de CuO, se encontró que era suficiente calentar la lámina de Cu en el aire a 420 ° C. Aparte de estos esquemas de fabricación, los tubos y nanobarras de ZnO se pueden fabricar mediante la combinación de litografía ultravioleta profunda, grabado en seco y deposición de capa atómica (ALD). [5] [6]
Nanobarras de oro
El método de crecimiento mediado por semillas es el método más común y logrado para sintetizar nanobarras de oro de alta calidad. Un protocolo de crecimiento típico implica la adición de nanoesferas de oro cubiertas con citrato, que sirven como semillas, a la solución de crecimiento de HAuCl 4 a granel . La solución de crecimiento se obtiene por reducción de HAuCl 4 con ácido ascórbico en presencia de tensioactivo bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) e iones de plata. Se pueden obtener nanobarras más largas (hasta una relación de aspecto de 25) en ausencia de nitrato de plata mediante el uso de un procedimiento de adición de tres pasos. En este protocolo, las semillas se agregan secuencialmente a la solución de crecimiento para controlar la tasa de deposición heterogénea y, por lo tanto, la tasa de crecimiento de cristales.
El defecto de este método es la formación de nanoesferas de oro, que requiere separaciones y limpiezas no triviales. En una modificación de este método, el citrato de sodio se reemplaza con un estabilizador de CTAB más fuerte en los procedimientos de nucleación y crecimiento. Otra mejora es la introducción de iones de plata en la solución de crecimiento, lo que da como resultado nanobarras de relaciones de aspecto menores de cinco con un rendimiento superior al 90%. [7] La plata, de menor potencial de reducción que el oro, se puede reducir en la superficie de las varillas para formar una monocapa por deposición de bajo potencial. Aquí, la deposición de plata compite con la de oro, retardando así la tasa de crecimiento de facetas cristalinas específicas, lo que permite el crecimiento unidireccional y la formación de varillas. Otro defecto de este método es la alta toxicidad de CTAB. Se ha informado de polímeros, como polietilenglicol (PEG), recubrimiento de clorhidrato de polialilamina (PAH) o fibras dietéticas, como quitosano , para desplazar el CTAB fuera de la superficie de la nanovarilla sin afectar la estabilidad. [8] [9] [10]
Intercambio catiónico
El intercambio catiónico es una técnica convencional pero prometedora para la síntesis de nuevas nanovarillas. Las transformaciones de intercambio catiónico en nanobarras son cinéticamente favorables y, a menudo, conservan la forma. En comparación con los sistemas de cristal a granel, el intercambio catiónico de nanobarras es un millón de veces más rápido debido a su gran superficie. Las nanovarillas existentes sirven como plantillas para hacer una variedad de nanovarillas que no son accesibles en la síntesis química húmeda tradicional. Además, la complejidad se puede agregar mediante la transformación parcial, lo que genera heteroestructuras de nanobarras. [11]
Ver también
- Nanoalambre
- Nanopilar
- Nanovara de diamante agregada
- Oro coloidal
- nano
Referencias
- ^ Sadri, Rad (15 de enero de 2021). "Propiedades físicas controladas y mecanismo de crecimiento de nanobarras de siliciuro de manganeso" . Revista de aleaciones y compuestos . 851 : 156693. doi : 10.1016 / j.jallcom.2020.156693 .
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enlaces externos
- Los nanorods muestran refracción negativa en IR cercano (EE Times, 5 de diciembre de 2005)
- [1] S. Ramanathan, S. Patibandla, S. Bandyopadhyay, JD Edwards, J. Anderson, J. Mater. Sci .: Mater. Electrón 17, 651 (2006)