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Die magische Kombination von Kohlenstoff und Stickstoff: Warum ist diese Nanostruktur im Vakuum und in Flüssigkeiten stabil?
Nanomesh ist ein anorganisches, nanostrukturiertes zweidimensionales Material ähnlich Graphen. Dieses Material wurde 2003 an der Universität Zürich in der Schweiz entdeckt. Es besteht hauptsächlich aus Bor- (B) und Stickstoff- (N) Atomen. Es entsteht durch Selbstassemblierung bei hohen Temperaturen, indem eine saubere Platin- oder Rhodiumoberfläche Bor ausgesetzt wird. Stickstoffverbindungen. Sehr regelmäßige Maschenstruktur. Das Nanonetz zeigt die Kombination sechseckiger Löcher im Detail. Auf der Nanoskala beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten jeweils zweier Löcher nur 3,2 Nanometer, während der Durchmesser jedes Lochs etwa 2 Nanometer und die Tiefe 0,05 Nanometer beträgt. Die untersten Bereiche sind fest mit dem darunter liegenden Metall verbunden, während die obersten Bereiche nur durch starke Kohäsionskräfte innerhalb der Schicht mit der Oberfläche verbunden sind.
„Das Nanomesh ist nicht nur im Vakuum, in der Luft und in bestimmten Flüssigkeiten stabil, es kann auch Temperaturen von bis zu 796 °C (1070 K) standhalten.“
Das Besondere an diesem Bor-Stickstoff-Nanonetz ist, dass es Moleküle und Metallcluster ähnlicher Größe wie die Nanonetzlöcher einfangen und eine geordnete Anordnung bilden kann. Diese Eigenschaften machen das Material potenziell nützlich für Anwendungen wie Oberflächenfunktionalisierung, Spinelektronik, Quantencomputer und Datenspeichermedien wie Festplatten.
Struktur
Wasserstoffnitrid (h-BN)-Nanomesh ist eine einzelne Schicht aus hexagonalem Bornitrid, die durch einen Selbstorganisationsprozess auf einem Substrat wie Rubidium- (Rh(111)) oder Platin- (Ru(0001)) Kristallen gebildet wird. Seine Gitterkonstante beträgt 3,2 Nanometer und die Elementarzelle besteht aus 13x13 BN- bzw. 12x12 Rh-Atomen, das heißt, in einer Elementarzelle befinden sich 13 Bor- bzw. Stickstoffatome auf 12 Rubidiumatomen. Aufgrund der unterschiedlichen Anziehungskraft bestimmter chemischer Bindungen kommt es zu Schwankungen (Riffelungen) im Nanomesh, was wiederum dessen elektrische Eigenschaften beeinflusst.
"Die Rastertunnelmikroskopie (STM) unterscheidet deutlich zwischen zwei verschiedenen BN-Regionen: einer stark gebundenen Region innerhalb der Poren und einer schwächer gebundenen Region innerhalb des verbundenen Netzwerks." < /p>
Funktionen
Dieses Nanonetz zeigt Stabilität in verschiedenen Umgebungen, einschließlich Luft, Wasser und Elektrolyten. Darüber hinaus ist es bis 1275 K temperaturbeständig, ohne sich zu zersetzen. Diese bemerkenswerte Stabilität ermöglicht es dem Nanomesh, als Gerüst für Metallnanocluster zu dienen und Moleküle effektiv in regelmäßigen Anordnungen einzufangen. Wenn beispielsweise Gold (Au) auf das Nanonetz aufgedampft wird, entstehen Au-Nanopartikel mit ausgeprägten runden Formen, die sich in den Löchern des Nanonetzes konzentrieren.
„Das bedeutet, dass die Abstände zwischen den Molekülen in diesen Systemen groß und die intermolekularen Wechselwirkungen schwach sind, was für Anwendungen wie die Molekularelektronik und Speichergeräte von Interesse sein könnte.“
Vorbereitung und Analyse
Die sauberen Nanonetze entstanden durch thermische Zersetzung von HBNH, einer farblosen Substanz, die bei Raumtemperatur flüssig ist. Die Oberfläche von Rh(111) bzw. Ru(0001) wird in einer staubfreien Umgebung beschichtet und die Bornitridverbindungen werden durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) implantiert und zur Reaktion bei 796°C (1070 K) gehalten. Anschließend wurde seine Struktur mit Techniken wie Rastertunnelmikroskopie und Beugung niederenergetischer Elektronen beobachtet.
Andere Formen und Zukunftsaussichten
Die CVD von Bornitridverbindungen auf anderen Substraten war bei der Herstellung gewellter Nanonetzwerke nicht erfolgreich. Auf Ni und Pt wurde eine flache BN-Schicht beobachtet, während auf Mo eine exfolierte Struktur zu beobachten war. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Einzigartigkeit der Nanomesh-Struktur und das chemische Verhalten während ihrer Entstehung.
Wenn wir über die potenziellen Anwendungen dieser Nanostruktur nachdenken, welche Auswirkungen könnte sie auf die Materialwissenschaft und verschiedene technologische Entwicklungen in der Zukunft haben?
