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

 

Новогодняя NANO-Ёлочка
Новогодняя NANO-Ёлочка

Графен помог ученым МГУ понять механизм работы литиевых аккумуляторов нового типа
Сотрудники МГУ запатентовали электрохимическую ячейку, позволяющую с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности изучать химические процессы в материалах аккумуляторов. Разработка позволит понять процессы, возникающие при использовании литий-воздушных аккумуляторов. Этот тип аккумуляторов при одинаковой массе обладает в 5 раз большей ёмкостью, чем широко распространённые литий-ионные.

ФИОП и еНано открыли прием заявок на IV конкурс молодежных проектов по инновационному развитию бизнеса «Технократ»
Фонд инфраструктурных и образовательных программ и компания еНано открыли прием заявок на IV конкурс молодежных проектов по инновационному развитию бизнеса «Технократ», который проводится в рамках программы «УМНИК» Фонда содействия инновациям.

NT-MDT S.I. на ближайших конференциях.
Дорогие коллеги, NT-MDT S.I. в ближайшее время будет представлена на двух конференциях.

Эксперт: Ингредиенты готовы к началу реакции
Вера Колерова
Малотоннажная химия по-прежнему не в фаворе у бизнеса и власти. Первый не идет в этот сектор из-за больших вложений и долгих сроков окупаемости. А правительство приняло всего лишь дорожную карту развития этой подотрасли. Но предпосылки для ее подъема все-таки есть. Важно не упустить момент ...

Наноматериалы в ядерных технологиях
Тананаев И.Г.
Сегодня активное развитие ядерных технологий – мировая тенденция, связанная с обеспечением устойчивого развития мирового сообщества. Решение энергетических проблем путем строительства новых атомных станций, формирование персонифицированной высокотехнологической медицины за счет внедрения ядерной медицины, освоение Арктики и космического пространства – основы ядерных технологий, не говоря об обеспечении государственной безопасности и удержания паритета ядерных вооружений.

Пероксидные соединения и наноматериалы
Приходченко П.В.
На Нанограде П.В.Приходченко (ИОНХ РАН им. Н.С.Курнакова) была прочитана отличная и совершенно уникальная лекция о химии пероксидных соединений и их использовании для получения новых наноматериалов для электрохимической энергетики.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!



 
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.