Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Оптическая жизнь дисульфидных нанотрубок

Ключевые слова:  дисульфиды вольфрама, нанотрубки

Автор(ы): А.Ю.Поляков, Е.А.Гудилин

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

22 июля 2018

На заре существования Нанометра одной из первой возникла публикация про необычный класс наноматериалов – дисульфидные нанотрубки, содержащие молибден или вольфрам. Действительно, про углеродные нанотрубки (УНТ) не знает только ленивый. И космический лифт из них грезили сделать, и полевые нанотранзисторы, и клетки проткнуть, и теннисные ракетки сделать, иногда просто создавалось ощущение, что на углеродных нанотрубках сошелся свет клином и они, как мифические черепахи на ките, поддерживают на своих хрупких, но очень прочных, конечно, телесах всю твердь купола нанотехнологий… При этом полностью неорганические аналоги УНТ выглядят как бедные, никому не известные, родственники, таланты которых не раскрыты и не осенены жаркой любовью нанотехнологической общественности.

Вот и в случае героев нашего рассказа – нанотубуленов дисульфида вольфрама – их оптические свойства были окончательно разобраны по полочкам лишь спустя 10 лет после нашей первой публикации об их открытии и свойствах: сотрудники факультета наук о материалах и физического факультета МГУ в тесном сотрудничестве с учёными Института Вейцмана (Израиль), Тель-Авивского университета (Израиль) и Института Йозефа Стефана (Словения) показали наличие уникального взаимодействия света с веществом в суспензиях и тонкопленочных самосборках нанотрубок дисульфида вольфрама, которые являются одними из самых известных и «старейших» аналогов всемирно известных углеродных нанотрубок.

Впервые столь детально рассмотрены удивительные оптические свойства неорганических нанотрубок на основе дисульфида вольфрама, которые были открыты еще в 1992 году профессором Решефом Тенне (Институт Вейцмана, Израиль). Несмотря на то, что к настоящему времени освоен синтез дисульфидных нанотубулярных структур в полупромышленном масштабе и разработан ряд нанокомпозитов и электронных устройств на их основе, долгое время в изучении оптических свойств дисульфидных нанотрубок сохранялся ряд существенных «пробелов». Спектры экстинкции суспензий нанотрубок WS2, имеющие набор особенностей в видимой и инфракрасной области спектра, ошибочно интерпретировались как набор экситонных пиков поглощения. Однако данный подход требовал объяснения существенному сдвигу положений наблюдаемых экситонных пиков по сравнению со спектрами объёмных образцов дисульфида вольфрама и различий спектральной формы экстинкции у суспензий и частично упорядоченных плёнок на основе дисульфидных нанотрубок. На основании впервые проведенных комплексных измерений оптических свойств суспензий нанотрубок WS2 показано, что особенностью таких наноструктур является сильное рассеяние света, вклад которого маскирует экситонные пики, проявляющиеся лишь в спектрах истинного поглощения и практически в точности совпадающие по энергии с экситонными пиками в объёмном WS2.

Более детальное экспериментальное изучение оптических спектров экстинкции и отражения, подтвержденное моделированием методом конечных разностей во временной области и по феноменологической модели связанных осцилляторов показало сильное взаимодействие света с веществом и формирование экситон-поляритонов в рассматриваемой системе. Установлено, что нанотрубки WS2 играют роль квазиодномерных поляритонных наносистем и проявляют одновременно экситонные особенности и резонаторные моды в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. «Результаты, полученные в данном масштабном международном исследовании, позволяют рассматривать нанотрубки дисульфида вольфрама в качестве основы для новых фотонных устройств, элементов оптических схем. Кроме того, знания о столь нетривиальных оптических особенностях данных наноструктур позволят по-новому взглянуть на свойства композитов плазмонных наночастиц золота и серебра с дисульфидными нанотрубками, активно разрабатываемых молодыми учёными факультета наук о материалах МГУ. Нанотрубки дисульфида вольфрама являются уникальными наноструктурами, совмещающими преимущества тубулярного состояния, широко известного на примере углеродных нанотрубок, и физико-химических свойств дисульфида вольфрама, относящегося к классу слоистых дихалькогенидов переходных элементов. Нанотубулярное состояние обуславливает способность упрочнять полимеры и полимерные нанокомпозиты. Нанотрубки дисульфида вольфрама, как при промышленном, так и при лабораторном синтезе практически в 100% случаев являются многостенными, и поэтому обладают сравнительно высокой механической жёсткостью. В отличие от углеродных нанотрубок, зачастую закручивающихся в спирали или формирующих переплетённые агрегаты, нанотрубки WS2 остаются прямыми, что в ряде случаев благотворно сказывается на механических свойствах нанокомпозитов на их основе. Нанотрубки дисульфида вольфрама также оказались более эффективными, чем углеродные и бор-нитридные нанотрубки при использовании во вращательных резонаторах (torsional resonators). Также недавно в нанотрубках WS2 была обнаружена сверхпроводимость, связанная с хиральностью данных наноструктур. Что касается свойств нанотрубок, связанных с физико-химическими особенностями дисульфида вольфрама, то это возможность создания катализаторов гидрообессеривания нефтепродуктов на их основе (путём модификации наночастицами кобальта или никеля), а также потенциальное использование в качестве катализатора для генерации водорода. В общем случае в данных применениях проще и эффективнее использовать монослоевые дисульфидные наночешуйки - аналоги графеновых листов, однако в случае использования нанотрубок можно добиться трёхмерного упорядочения частиц катализатора, создать так называемый "лес" из нанотубулярных частиц. Собственно, свойства непрямозонного полупроводника с шириной запрещённой зоны, соответствующей видимому/ближнему инфракрасному диапазону (1,3 эВ - непрямой переход, 2,00-2,05 эВ - прямой переход) также унаследованы нанотрубками от объёмного дисульфида вольфрама. Именно благодаря этому дисульфидные нанотрубки хорошо поглощают видимый свет и могут использоваться в устройствах аккумулирования световой энергии (light-harvesting). В то же время в нашей свежей статье, о которой сообщает пресс-служба МГУ, мы показали, что эти нанотрубки не только поглощают видимый свет, но и очень необычным образом взаимодействуют с ним, образуя экситон-поляритоны. В целом, плазмон-поляритонные устройства сейчас активно обсуждаются в научном мире - на их основе разрабатываются новые лазеры с очень низким порогом лазерной генерации, оптические переключатели. Дисульфидным нанотрубкам пока ещё только предстоит быть протестированными в данных аспектах. Также отмечу, что сейчас мы в МГУ также изучаем сенсорные свойства дисульфидных нанотрубок по отношению к газам при воздействии светового излучения.», – рассказал соавтор статьи Александр Поляков.

Более подробное обсуждение необычной дисульфидной системы, новых нанокомпозитов на основе тубулярных и луковичных наноструктур дисульфидов молибдена и вольфрама, их неорганический дизайн, анализ функциональных свойств и применений авторы опубликовали в недавнем обзоре в журнале «Успехи химии». Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант 14-13-00871).


В статье использованы материалы: Обзор в Успехах химии, Пресс - служба МГУ, Статья в PCCP


Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

DVD-диск
DVD-диск

РИА Новости: В Стокгольме вручили Нобелевскиe премии
10 декабря состоялась церемония награждения Нобелевскими премиями за 2018 год, вручены премии в области медицины или физиологии, физики, химии. Накануне Нобелевские лауреаты прочитали лекции.

Лекционный курс «Элементоорганические соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 9 по 30 октября 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные элементоорганическим соединениям.

Лекционный курс «Пероксидные соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 19 ноября по 10 декабря 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные пероксидным соединениям.

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Рентгеновская микроскопия
А.В.Афонин, Мельников Геннадий Семенович
В предлагаемом кратком обзоре сделана попытка оценки возможностей применения рентгеновских методов анализа регулярных структур. Обзор может быть полезен участникам наноолимпиады и всем, кто интересуется современными методами анализа и их последовательным развитием.

Как работает оптический нанопинцет
Богданов Константин Юрьевич
Оптический (или лазерный) пинцет представляет из себя устройство, использующее сфокусированный луч лазера для передвижения микроскопических объектов и удержания их в определённом месте. Автор этой статьи постарается в популярной форме ответить на вопрос - почему некоторые частицы, оказавшись в лазерном луче, стремятся в ту область, где интенсивность света максимальна, т.е. в фокус. И это устройство теперь связано с Нобелевскими премиями навечно!

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.