Síntese in situ de hierarquicamente

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 16955 (2022) Citar este artigo

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Os nanomateriais ganharam enorme interesse na melhoria do desempenho de sistemas de coleta de energia, dispositivos biomédicos e compósitos de alta resistência. Muitos estudos foram realizados fabricando nanoestruturas mais elaboradas e heterogêneas e então as estruturas foram caracterizadas usando imagens tomográficas TEM, aprimorando a técnica de fabricação. Apesar do esforço, o intrincado processo de fabricação, as características de aglomeração e a produção não uniforme ainda estavam limitados à apresentação direta das vistas panorâmicas 3D. Aqui sugerimos um método de síntese in situ para preparar nanoestruturas complexas e hierarquicamente montadas que consistiam em núcleo de nanofios de ZnS e nanopartículas sob o catalisador Ag2S. Demonstramos que o Zn e S vaporizados foram solidificados em diferentes formatos de nanoestruturas apenas com as temperaturas. Até onde sabemos, esta é a primeira demonstração da síntese de nanoestruturas heterogêneas, consistindo de um nanofio do vapor-líquido-sólido e, em seguida, nanopartículas do mecanismo de crescimento vapor-sólido por controle de temperatura in situ. As nanoestruturas de ZnS hierarquicamente montadas obtidas foram caracterizadas por diversas tecnologias TEM, verificando o mecanismo de crescimento do cristal. Por último, a tomografia eletrônica e a impressão 3D permitiram que as estruturas em nanoescala fossem visualizadas em escalas centimétricas. A impressão 3D de nanomateriais fabricados aleatoriamente raramente é realizada até o momento. O trabalho colaborativo poderia oferecer uma oportunidade melhor para fabricar nanoestruturas avançadas e sofisticadas.

Os nanomateriais são de intenso interesse devido às suas propriedades de superfície aprimoradas, portanto, os nanomateriais podem ser usados ​​para armazenamento de energia de alto desempenho e plataforma de reação redox, direcionamento in vivo para entrega de medicamentos, aditivos para aumento de resistência mecânica e controlador de direção de luz plasmônica . ,4,5,6,7. No entanto, a preparação de nanoestruturas artificiais requer etapas intrincadas de fabricação para controlar a forma geral e o controle preciso da posição dos nanomateriais no substrato de direcionamento. Da mesma forma, há uma necessidade crescente de novas ferramentas de visualização, que abordem o rápido progresso no desenvolvimento de vários assuntos em nanoescala produzidos pelo homem hoje em dia8,9,10,11,12. Para visualização, os intrincados detalhes estruturais de tais questões em nanoescala devem ser diretamente inspecionados e verificados em escalas de comprimento relevantes para suas dimensões quase atômicas intrínsecas. Simultaneamente, a informação estrutural e o conhecimento obtidos devem ser prontamente traduzidos em escalas muito maiores, onde ferramentas adicionais de caracterização auxiliar são desnecessárias para esclarecimento e compreensão.

Muitos estudos foram realizados para preparar nanoestruturas a partir de vários métodos, como deposição química de vapor (CVD), evaporação térmica e métodos de solução térmica . Em seguida, diferentes tipos de nanoestruturas foram desenvolvidos na forma de nanofios, nanofitas, nanofolhas e nanopartículas. Embora as tecnologias de fabricação nanoestrutural tenham sido drasticamente desenvolvidas, os nanomateriais preparados tendem a aglomerar-se entre as estruturas em nanoescala, atenuando o desempenho intrínseco dos nanomateriais . Assim, estruturas heterogêneas, como estrutura núcleo/casca e modificação de superfície, têm sido estudadas para manter e aumentar ainda mais a funcionalidade dos nanomateriais . Várias nanoestruturas e seus métodos de fabricação estão evoluindo continuamente em estruturas heterogêneas avançadas, mas os métodos exigem processos complicados e requintados. A microscopia eletrônica de transmissão (TEM) é uma ferramenta típica para caracterizar estruturas em escala quase atômica, capturando nanomateriais projetados bidimensionais (2D). A tecnologia de medição ajuda a inspeção de nanomateriais a estar mais próxima das escalas atômicas, portanto o uso da tecnologia seria uma estratégia complementar para fabricar nanoestruturas avançadas28,29.