Нановискеры

Нановискеры (англ. Metal whiskering) - от английского whisker – «ус» – это нитевидные кристаллы c диаметром от 1 до 100 нм и отношением длины к диаметру >100. С точки зрения как фундаментальной науки, так и практики, вискеры являются одним из наиболее перспективных кристаллических материалов с уникальным комплексом свойств. Они, как правило, имеют совершенное, почти идеальное бездислокационное строение, что исключает обычные механизмы пластической деформации и приближает их прочность к теоретическому для данного вещества порогу. Вискеры в десятки и даже сотни раз прочнее обычных кристаллов, они обладают поразительной гибкостью, коррозионной стойкостью и кристаллографической анизотропией свойств. Получение «усов» сверхчистых металлов и алмаза, нитевидных кристаллов кремния или сверхпроводящих вискеров Bi2Sr2CaCu2O8 стало классикой современной химии функциональных наноматериалов. Представляя собой одномерную кристаллическую систему, вискеры могут найти широкий диапазон применений – от упрочняющих волокон до устройств наноэлектроники. Несмотря на то, что нитевидные кристаллы известны более полувека, вискеры технически используются достаточно однобоко - в основном, как армирующие волокна. Подавляющее большинство из них применяется исключительно для создания конструкционных композитных материалов с улучшенными механическими свойствами (углеродные волокна, SiC, Al2O3), при этом объемы производства достигают значительных величин. В последнее время развивается направление, связанное с практическим использованием классических кремниевых вискеров в качестве острий для атомно - силовой, магнито - силовой микроскопии и АСМ для биологических применений.  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 привысоких температурах. 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.

Вискеры SnO₂

Тезаурус

Нановискер (Metal whiskering)

Тематический раздел (поле): Функциональные наноматериалы, Конструкционные наноматериалы, Композиционные наноматериалы, Наноэлектроника

Функциональный разряд: Объект

Аскрипторы: Нитевидный кристалл, манганитные вискеры, сверхпроводящие вискеры

Отношения  иерархические (род-вид): Нановискер → Нанопроволоки → Линейные (одномерные) наноструктуры → Наноструктурированные материалы → Структуры объектов, относящихся к сфере нанотехнологий, их свойства

Отношения ассоциативные: Нановискер ~ Армирование, Композиционные материалы, Анизотропия, Анодирование, Гидротермальный синтез,  Манганитные вискеры, Кристаллит, Морфология наноструктур, Нановолокно, Нанокристалл, Нанообъект, Нанопроволока, Эпитаксия газофазная, Эпитаксия жидкофазная, Эпитаксия молекулярно-лучевая, Наностержень, Бездислокационное строение

Литература

1. Fang F., Markwitz A.Controlled fabrication of Si nanostructures by high vacuum electron beam annealing // Physica E - 41(10), 2009 - pp. 1853-1858
2. 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
3. Braun B.and J. R. Dorgan, Single-Step Method for the Isolation and Surface Functionalization of Cellulosic Nanowhiskers // Biomacromolecules - 10, 2009 - pp.334-341
4. Miyazawa K. Synthesis and Properties of Fullerene Nanowhiskers and Fullerene Nanotubes // J. Nanosci. Nanotechnol. - 9(1), 2009 - pp. 41-50
5. Ph.Boullay, M.Hervieu, B.Raveau, J. Solid State Chem. 132, 1997, 239-248.
6. E.A.Goodilin, E.A.Pomerantseva, V.V.Krivetsky, D.M.Itkis, J.Hester, Yu.D.Tretyakov, A simple method of growth and lithiation of Ba6Mn24O48 whiskers, J. Mater. Chem., 2005, 15.
7. Статья Whisker из Википедии, свободной энциклопедии. Доступно под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike.