Словарь нанотехнологий
Нановискер

Нановискер

Термин

нановискер

Термин на английском

nanowhisker

Связанные термины

анизотропия, анодирование, гидротермальный синтез, зародышеобразование, композиционные материалы, полимерные, кристаллит, морфология наноструктур, нановолокно, нанокристалл, нанообъект, нанопроволока, эпитаксия газофазная, эпитаксия жидкофазная, эпитаксия молекулярно-лучевая, метод, наностержень

Определение

разновидность нитевидного кристалла с диаметром поперечного сечения 1?100 нм и соотношением длины к диаметру > 100.

Описание

Вискеры - кристаллические материалы, обладающие ярко выраженной кристаллографической анизотропией свойств и почти бездислокационным строением, что исключает обычные механизмы пластической деформации и приближает их прочность к теоретическому пределу для данного вещества. Благодаря этому они в десятки раз прочнее обычных кристаллов, обладают большой гибкостью и коррозионной стойкостью. В связи с этим вискеры микронного размера активно используются в качестве армирующих волокон при создании конструкционных композитных материалов с улучшенными механическими свойствами. Известны примеры и негативного влияния самопроизвольного образования вискеров на поверхности металлов, в частности, цинка и олова, которое приводило к коротким замыканиям и нарушениям работы электрооборудования.

В качестве основного механизма образования вискеров долгое время рассматривался механизм «пар-жидкость-кристалл». Для его реализации необходимо, чтобы скорости зародышеобразования и эпитаксиального роста конденсата на неактивированной поверхности подложки были достаточно невелики, а адсорбция компонентов вискера из газовой фазы происходила преимущественно в капле жидкости на конце растущего кристалла. Пересыщение жидкой фазы по отношению к компонентам вискера приводит к их кристаллизации на границе раздела твердой и жидкой фаз и однонаправленному росту кристаллов, диаметр которых обычно соответствует размеру капли-затравки на поверхности подложки. При определенных условиях могут формироваться и более сложные формы, чем одиночная нить. В качестве материала затравки для роста вискеров кремния обычно используются частицы золота, взаимодействующего с кремнием при 950^оС с образованием жидкого расплава Au-Si.

Данный механизм хорошо описывает рост вискеров методом газофазной эпитаксии в присутствии катализаторов. Разработан также ряд методов получения вискеров с использованием методов молекулярно-лучевой эпитаксии и электронно-лучевого испарения. При этом образование нитевидных кристаллов конденсируемой фазы часто наблюдалось и на необработанной подложке без участия катализатора. Управление параметрами синтеза позволяет при этом получать полупроводниковые вискеры кремния и GaAs существенно меньшего диаметра, чем в обычных условиях, вплоть до наноразмерных.

Значительный рост интереса к процессам синтеза наноразмерных материалов в последние два десятилетия привел к обнаружению ряда новых процессов, при которых формируются нитевидные частицы, также относимые многими авторами к нановискерам, хотя совершенство их кристаллической структуры может значительно уступать продуктам традиционных методов их синтеза. Так, в частности, было установлено, что образование нитевидных кристаллов оксидов и гидроксидов часто наблюдается при анодном окислении металлов в водных растворах. Упорядоченные массивы нановискеров и схожих с ними одномерных структур на основе ZnO при наличии соответствующих затравок могут образовываться на подложках как при гидротермальном синтезе, так и при гидротермолизе прекурсоров в горячих водных растворах (90-100^оС) при атмосферном давлении.

Образование нановискеров на основе фуллеренов может наблюдаться не только при атмосферном давлении, но и при комнатной температуре на границе раздела насыщенного раствора фуллеренов в толуоле и некоторых других органических растворителей; соответствующий механизм их формирования получил название LLIP (liquid-liquid interfacial precipitation). Образование нитевидных наноразмерных структур достаточно часто происходит и при кислотном гидролизе некоторых природных полимеров, в частности, целлюлозы. При этом анизотропия образующихся наночастиц, как правило, заметно меньше, чем в предыдущих случаях, и не вполне соответствует приведенному выше определению термина «нановискер», который обычно используется для их описания в современной литературе.

Авторы

• Гольдт Анастасия Евгеньевна, к.х.н.
• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

Ссылки

1. Whisker_(metallurgy) / Wikkipedia URL:http://en.wikipedia.org/wiki/Whisker_(metallurgy)
2. Fang F., Markwitz A.Controlled fabrication of Si nanostructures by high vacuum electron beam annealing // Physica E - 41(10), 2009 - pp. 1853-1858
3. Hu X., Masuda Y., Ohji T., Kato K. Fabrication of Blanket-Like Assembled ZnO Nanowhiskers Using an Aqueous Solution // J. Am. Ceram. Soc. - 92(4), 2009 - pp. 922-926
4. Braun B.and J. R. Dorgan, Single-Step Method for the Isolation and Surface Functionalization of Cellulosic Nanowhiskers // Biomacromolecules - 10, 2009 - pp.334-341
5. Miyazawa K. Synthesis and Properties of Fullerene Nanowhiskers and Fullerene Nanotubes // J. Nanosci. Nanotechnol. - 9(1), 2009 - pp. 41-50

Иллюстрации

Формирование сложных "фигур" роста при получении нитевидных кристаллов диоксида олова из газовой фазы. Источник: Хвостатые нанопирамидки / Нанометр URL:http://www.nanometer.ru/2007/04/07/formi_rosta_viskerov.html

Разделы

Нанотрубки и нанопроволоки

Наноструктуры

Искусственные (синтетические) низкоразмерные объекты

Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий