Кіріспе
Нанотехнологияда нанотабақшалар – наноөлшемді объектілердің бір морфологиясы. Олардың өлшемдері 1–100 нм аралығында. Олар металдардан немесе жартылай өткізгіш материалдардан синтезделуі мүмкін. Стандартты қатынастар (ұзындығы еніне бөлінген) – 3–5. Нанотабақшалар тікелей химиялық синтез арқылы өндіріледі. Лигандтардың комбинациясы пішінге бақылау агенттері ретінде әрекет етеді және әртүрлі күшпен нанотабақшаның әртүрлі жақтарына байланысады. Бұл нанотабақшаның әртүрлі беттерінің әртүрлі жылдамдықпен өсуіне мүмкіндік береді, нәтижесінде сопақталы объекті пайда болады. Нанотабақшалардың бір мүмкін қолданылуы дисплей технологияларында, себебі табақшалардың шағылысу қабілетін қолданған электр өрісі арқылы олардың бағытын өзгерту арқылы өзгертуге болады. Тағы бір қолданылуы – микроэлектромеханикалық жүйелер (MEMS). Нанотабақшалар, басқа асыл металл нанобөлшектермен бірге, терагностикалық агенттер ретінде де қолданылады. Нанотабақшалар жақын инфрақызыл сәуледе сіңіріп, инфрақызыл сәулемен қозғанда жылу бөледі. Бұл қасиет нанотабақшаларды қатерлі ісікке қарсы емдеу ретінде қолдануға алып келді. Нанотабақшаларды ісікке бағытталған мотивтермен біріктіріп, организмге енгізуге болады. Науқас инфрақызыл сәулеге (адам тіндері арқылы өтетін) ұшырағанда, ісік жасушаларымен сіңірілген нанотабақшалар жергілікті түрде қыздырылады, бұл қатерлі тінді ғана жояды, ал сау жасушаларды зақымсыз қалдырады. Жартылай өткізгіш материалдарға негізделген нанотабақшалар энергия жинау және жарық шығару құрылғылары ретінде қолдану үшін де зерттелді. 2006 жылы Раманатан және авторлар тобы ZnO нанотабақшаларынан электр өрісімен реттелетін фотолюминесценцияны көрсетті, оны жақын ультракөк сәулеленудің жаңа көздері ретінде қолдануға болады.
ZnO наноқалғаштар
Мырыш оксиді (ZnO) нанороды, сондай-ақ наносымдар деп те аталады, 3,37 eV тікелей жолақты энергияға ие, бұл GaN-ге ұқсас, және 60 мэВ қоздыру байланысу энергиясы бар. ZnO нанородының оптикалық жолағы морфологиясы, құрамы, мөлшері сияқты факторларды өзгерту арқылы реттелуі мүмкін. Соңғы жылдары ZnO нанороды кеңінен қолданылып, өрістік эффектті транзисторлар, ультракүлгін фотодетекторлар, Шоттки диодтары және аса жарқын жарықдиодтар (LED) сияқты наноөлшемді электрондық құрылғыларды жасауға пайдаланылды. Бір кристалды, вуртцит құрылымды ZnO нанородын жасау үшін әртүрлі әдістер әзірленді. Бұл әдістердің ішінде бу фазасынан өсіру ең жетілген әдіс болып табылады. Типик өсу процесінде ZnO буы қатты субстратқа конденсацияланады. ZnO буын алу үшін үш әдіс қолданылады: жылулық булану, химиялық тотығу және бу-сұйық-қатты (VLS) әдісі. Жылулық булану әдісінде коммерциялық ZnO ұнтағы SnO2-мен араластырылып, қоспа жоғары температурада қыздырылып буландырылады. Химиялық тотығу әдісінде ZnO тотығуынан пайда болған мырыш буы өсу аймағына жеткізіліп, кейін ZnO-ға қайта тотықтырылады. 1964 жылы ұсынылған VLS процесі – жалғыз кристалды ZnO нанородын синтездеу үшін ең көп қолданылатын әдіс. Типик процесте катализатор тамшылары субстратқа жатқызылады, ал Zn буы және CO/CO2 қоспасынан тұратын газ қоспалары катализатор-субстрат интерфейсінде реакцияға түсіп, содан кейін ядро пайда болу және өсу процестері жүзеге асырылады. Типик металл катализаторларға алтын, мыс, никель және қалайы жатады. ZnO наносымдар субстратқа эпитаксиалды өседі және моноқабатты массивтерге жиналады. Металл-организмдік химиялық бу фазасы (MOCVD) әдісі де жақында әзірленді. Бұл процесте катализатор қолданылмайды және өсу температурасы 400 ~ 500 °C шамасында, дәстүрлі бу өсіру әдісімен салыстырғанда айтарлықтай төмен жағдайда жүзеге асырылады. Сонымен қатар, металл оксидтері нанородын (ZnO, CuO, Fe2O3, V2O5, басқалары) бастапқы металды ауада жылулық тотығу процесі арқылы қыздыру арқылы жасауға болады. Мысалы, CuO нанородынан тығыз "кілем" жасау үшін Cu фольгасын ауада 420 °C температурада қыздыру жеткілікті деп табылған. Бұл өндіріс схемаларынан басқа, ZnO нанороды мен түтікшелерін жасау үшін терең ультракүлгін литографиясы, құрғақ гравировка және атомдық қабаттау (ALD) әдістерін де қолдануға болады.
InGaN/GaN наноқалқандары
InGaN/GaN нанородтық тізілімдік жарықдиодтар құрғақ гравировка немесе фокустық иондық сәуле гравировкасы әдістерімен өндірілуі мүмкін. Мұндай жарықдиодтар поляризацияланған көк немесе жасыл жарық шығарады. Үш өлшемді нанородтық құрылымдардың жарық шығаратын беті үлкен болғандықтан, жазық жарықдиодтарға қарағанда тиімділігі мен жарық шығаруы жақсы. Samsung компаниясы сиямен басылған кванттық нүктелі нанородтық жарықдиодты (QNED) дисплейлерді зерттеп жатыр, онда InGaN нанородтық жарықдиодтар QD OLED дисплейлеріндегі органикалық OLED қабатының орнын алмастырады.
Алтын наноқабаттар
Тұқым арқылы өсіру әдісі – жоғары сапалы алтын нанотабандарды синтездеудің ең көп тараған және тиімді әдісі. Типик өсу протоколы HAuCl4 өсу ерітіндісіне тұқым ретінде қолданылатын, цетилтриметиламмоний бромиді (CTAB) немесе цитратпен қапталған алтын наносфераларын қосуды қамтиды. Өсу ерітіндісі HAuCl4-ті аскорбин қышқылымен, цетилтриметиламмоний бромиді (CTAB) беттік белсенді зат және күміс иондарының қатысуымен тотықтыру арқылы алынады. Күміс нитраты болмаған жағдайда үш сатылы қосу процедурасын қолдану арқылы ұзын нанотабандарды (25-ке дейінгі қатынас көрсеткішімен) алуға болады. Бұл протокол бойынша тұқымдар гетерогендік шоғырлану жылдамдығын, соның салдарынан кристалл өсу жылдамдығын бақылау үшін өсу ерітіндісіне кезегі түрде қосылады. Бұл әдістің кемшілігі – алтын наносфераларының пайда болуы, оларды бөліп, тазалау қиынға түседі. Бұл әдістің бір модификациясында ядролық және өсу процедураларында натрий цитраты күшті CTAB тұрақтандырғышымен алмастырылады. pH деңгейін көтеру – полидисперсияның жоғарылауымен байланысты (>90%) жоғары өнімділігі бар (>25:1) жоғары қатынас көрсеткіші бар нанотабандарды алудың тағы бір жолы. Тағы бір жетістік – өсу ерітіндісіне күміс иондарын енгізу, нәтижесінде 90%-дан астам өнімділікпен 5-тен төмен қатынас көрсеткіші бар нанотабандар алынады. Алтынға қарағанда төмен тотығу потенциалы бар күміс, таяқшалардың бетінде тотықтырылып, астыңғы потенциалмен жиналу арқылы моноқабатты құрай алады. Мұнда күміс орнығуы алтынмен бәсекелеседі, осылайша кристаллдың белгілі бір жақтарының өсу жылдамдығын баяулатып, бір бағытты өсуге және таяқшалардың қалыптасуына жағдай жасайды. Бұл әдістің тағы бір кемшілігі – CTAB-ның жоғары уыттылығы. Полимерлер, мысалы полиэтиленгликоль (PEG), полиаллиламин гидрохлориді (PAH) қаптамасы; диеталық талшықтар, мысалы хитозан; немесе биомолекулалар, мысалы фосфолипидтер, CTAB-ны нанотабандардың бетінен ығыстыру үшін, олардың тұрақтылығына әсер етпей қолданылған.
Катион алмасуы
Катион алмасу – жаңа наноқалқандарды синтездеудің дәстүрлі, бірақ үміт беретін әдісі. Наноқалқандардағы катион алмасу трансформациялары кинетикалық тұрғыдан тиімді және көбінесе пішінін сақтайды. Көлемді кристалл жүйелерімен салыстырғанда, наноқалқандардың катион алмасуы жоғары беттік ауданының арқасында миллион есе жылдам жүреді. Қолда бар наноқалқандар дәстүрлі ылғалды химиялық синтезде қол жеткізе алмайтын наноқалқандардың әртүрлі түрлерін жасау үшін қалып ретінде қолданылады. Бұдан әрі, жартылай түрлендіру арқылы күрделілік қосылып, наноқалқан гетероқұрылымдарын жасауға болады.