Sintesi in loco di gerarchicamente

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16955 (2022) Citare questo articolo

1036 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I nanomateriali hanno suscitato un enorme interesse nel miglioramento delle prestazioni dei sistemi di raccolta di energia, dei dispositivi biomedici e dei compositi ad alta resistenza. Sono stati condotti molti studi fabbricando nanostrutture più elaborate ed eterogenee, quindi le strutture sono state caratterizzate utilizzando immagini tomografiche TEM, migliorando la tecnica di fabbricazione. Nonostante lo sforzo, l’intricato processo di fabbricazione, le caratteristiche dell’agglomerazione e il risultato non uniforme erano ancora limitati a presentare in modo semplice le viste panoramiche 3D. Qui abbiamo suggerito un metodo di sintesi in situ per preparare nanostrutture complesse e assemblate gerarchicamente costituite da nucleo di nanofili ZnS e nanoparticelle sotto catalizzatore Ag2S. Abbiamo dimostrato che lo Zn e l'S vaporizzati si solidificavano in diverse forme di nanostrutture esclusivamente con la temperatura. A nostra conoscenza, questa è la prima dimostrazione della sintesi di nanostrutture eterogenee, costituite da un nanofilo dal vapore-liquido-solido e quindi da nanoparticelle dal meccanismo di crescita vapore-solido mediante controllo della temperatura in situ. Le nanostrutture ZnS assemblate gerarchicamente ottenute sono state caratterizzate da varie tecnologie TEM, verificando il meccanismo di crescita dei cristalli. Infine, la tomografia elettronica e la stampa 3D hanno consentito di visualizzare le strutture su scala nanometrica su scale centimetriche. Ad oggi, la stampa 3D da nanomateriali fabbricati casualmente viene eseguita raramente. Il lavoro di collaborazione potrebbe offrire una migliore opportunità per fabbricare nanostrutture avanzate e sofisticate.

I nanomateriali sono di grande interesse a causa delle loro proprietà superficiali migliorate, quindi i nanomateriali possono essere utilizzati per l'accumulo di energia ad alte prestazioni e piattaforme di reazione redox, targeting in vivo per la somministrazione di farmaci, additivi per il miglioramento della resistenza meccanica e controller della direzione della luce plasmonica1,2,3 ,4,5,6,7. Tuttavia, la preparazione delle nanostrutture artificiali richiede fasi di fabbricazione complesse per controllare la forma complessiva e il controllo preciso della posizione dei nanomateriali sul substrato di destinazione. Di conseguenza, vi è una crescente necessità di nuovi strumenti di visualizzazione, che affrontino i rapidi progressi nello sviluppo di varie questioni su scala nanometrica realizzate dall’uomo oggigiorno8,9,10,11,12. Per la visualizzazione, gli intricati dettagli strutturali di tali materiali su scala nanometrica dovrebbero essere direttamente ispezionati e verificati su scale di lunghezza rilevanti per le loro dimensioni intrinseche quasi atomiche. Allo stesso tempo, le informazioni strutturali e le conoscenze ottenute devono essere prontamente tradotte su scale molto più ampie laddove non siano necessari ulteriori strumenti di caratterizzazione di supporto per il chiarimento e la comprensione.

Sono stati condotti molti studi per preparare nanostrutture con vari metodi come la deposizione chimica in fase vapore (CVD), l'evaporazione termica e i metodi di termosoluzione12,13,14,15,16,17,18. Quindi sono stati sviluppati diversi tipi di nanostrutture sotto forma di nanofili, nanonastri, nanofogli e nanoparticelle. Sebbene le tecnologie di fabbricazione nanostrutturale siano state drasticamente sviluppate, i nanomateriali preparati tendono ad agglomerarsi tra le strutture su scala nanometrica, attenuando le prestazioni intrinseche dei nanomateriali19,20,21,22,23. Pertanto, sono state studiate strutture eterogenee, come la struttura nucleo/guscio e la modificazione della superficie, per mantenere e migliorare ulteriormente la funzionalità dei nanomateriali16,17,18,24,25,26,27. Varie nanostrutture e i relativi metodi di fabbricazione sono in continua evoluzione in strutture eterogenee avanzate, i metodi tuttavia richiedono processi complicati e raffinati. La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è uno strumento tipico per caratterizzare strutture su scala quasi atomica, catturando nanomateriali proiettati bidimensionali (2D). La tecnologia di misurazione aiuta l'ispezione dei nanomateriali ad essere più vicina alla scala atomica, quindi l'uso della tecnologia sarebbe una strategia complementare per fabbricare nanostrutture avanzate28,29.