Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Нанокольцо — это циклическая наноструктура с толщиной, достаточно малой, чтобы соответствовать наномасштабу (10−9 метров). Следует отметить, что данное определение допускает диаметр кольца, превышающий наномасштаб. Нанокольца — относительно новое направление в нанонауке; первая рецензируемая публикация, в которой упоминаются эти наноструктуры, принадлежит исследователям из Института физики и Центра физики конденсированного состояния в Пекине, синтезировавшим нанокольца из нитрида галлия в 2001 году. Оксид цинка, широко используемое в наноструктурах соединение, впервые был синтезирован в форме наноколец исследователями из Технологического института Джорджии в 2004 году, а впоследствии аналогичным образом были синтезированы и другие распространенные соединения для наноструктур. В последнее время нанокольца на основе углерода были синтезированы из циклопарафениленов, а также порфиринов.
A nanoring is a cyclic nanostructure with a thickness small enough to be on the nanoscale (10−9 meters). Note that this definition allows the diameter of the ring to be larger than the nanoscale. Nanorings are a relatively recent development within the realm of nanoscience; the first peer reviewed journal article mentioning these nanostructures came from researchers at the Institute of Physics and Center for Condensed Matter Physics in Beijing who synthesized nanorings made of gallium nitride in 2001. Zinc oxide, a compound very commonly used in nanostructures, was first synthesized into nanorings by researchers at Georgia Institute of Technology in 2004, and several other common nanostructure compounds have been synthesized into nanorings since. More recently, carbon based nanorings have been synthesized from cyclo para phenylenes as well as porphyrins.
Обзор
Хотя нанокольца могут иметь диаметр на наноуровне, многие из этих материалов имеют диаметры, превышающие 100 нм, при этом у многих наноколец диаметр находится в микроуровне (10−6 метров). Таким образом, нанокольца рассматриваются как представители подкласса наноматериалов, называемого одномерными (1D) наноматериалами. Это наноматериалы, в которых одно из трех физических измерений в отдельной единице материала имеет масштаб длины, превышающий наномасштаб. Другими примерами одномерных наноматериалов являются нанопроволоки, наноленты, нанотрубки и нанолисты.
Although nanorings may have a diameter on the nanoscale, many of these materials have diameters that are larger than 100 nm, with many nanorings having a diameter on the microscale (10−6 meters). As such, nanorings are considered to be members of a sub class of nanomaterials called one dimensional (1 D) nanomaterials. These are nanomaterials in which one of the three physical dimensions in a single unit of the material is on a length scale greater than the nanoscale. Other examples of one dimensional nanomaterials are nanowires, nanobelts, nanotubes, and nanosheets.
Механическая уникальность
Как и в случае с другими наноматериалами, значительный практический интерес к нанокольцам обусловлен тем, что в них часто можно наблюдать квантованные явления, которые обычно не наблюдаются в массивных материалах. Нанокольца, в частности, обладают несколькими дополнительными свойствами, представляющими особый исследовательский интерес. Одномерные наноструктуры имеют широкий спектр потенциальных применений, однако из-за размеров их протяженных кристаллических структур их нельзя выращивать на дискретных центрах роста кристаллов и, следовательно, невозможно синтезировать на подложке с какой-либо кристаллографической определенностью. Поэтому нанокольца чаще всего синтезируются в водной среде путем создания энтропически уникальных условий, которые индуцируют спонтанную самосборку наноколец. Эти материалы становятся гораздо более полезными, если ими можно легко управлять механическими или магнитными силами, поскольку многие одномерные наноструктуры чрезвычайно хрупки и, следовательно, их сложно перемещать в полезные среды. В настоящее время показано, что нанокольца ZnO, образованные в результате спонтанного сгибания единичного наноленточного кристалла, можно интенсивно подвергать механической обработке без разрушения или образования трещин, что дает им уникальное механическое преимущество перед другими классами наноструктур ZnO.
As with other nanomaterials, much of the practical interest in nanorings arises from the fact that in nanorings, one can often observe quantized phenomena which are ordinarily unobservable in bulk matter. Nanorings, in particular, have a few additional properties which are of particular research interest. One dimensional nanostructures have a variety of potential uses and applications but due to the dimensions of their extended crystal structures, they cannot be grown on discrete crystal growth sites and thus, cannot be synthesized on a substrate with any crystallographic predictability. Therefore, nanorings are most commonly synthesized aqueously by creating entropically unique conditions which induce spontaneous nanoring self assembly. These materials are much more useful if they can be easily manipulated by mechanical or magnetic forces as many one dimensional nanostructures are extremely fragile and, thus, difficult to manipulate into useful environments. It has now been demonstrated that ZnO nanorings made from the spontaneous folding of a single nanobelt crystal can be extensively mechanically manipulated without breaking or fracturing, giving them a unique mechanical advantage over other classes of ZnO nanostructures.
Синтез
Как правило, нанокольца синтезируются с использованием подхода снизу вверх, поскольку методы «сверху вниз» ограничены энтропийными барьерами, присущими этим материалам. В настоящее время количество различных методов синтеза этих частиц почти так же разнообразно, как и количество различных типов самих наноколец. Один из распространенных методов синтеза наноколец заключается в предварительном синтезе нанолент или нанопроводов с неравномерным распределением заряда, сконцентрированным на краях материала. При соблюдении этих условий, частицы могут самопроизвольно собираться в кольцевые структуры, минимизируя силы кулоновского отталкивания в образовавшемся кристалле. Другие подходы к синтезу наноколец включают сборку нанокольца вокруг небольшой зародышевой частицы, которая впоследствии удаляется, или расширение и скручивание структур, подобных порфиринам, в полые нанокольцевые структуры.
Generally, nanorings are synthesized using a bottom up approach, as top down syntheses are limited by the entropic barriers presented by these materials. Currently, the number of different synthetic techniques used to make these particles is almost as diverse as the number of different types of nanorings themselves. One common method for synthesizing nanorings involves first synthesizing nanobelts or nanowires with an uneven charge distribution focused on the edges of the material. If these criteria are met, these particles may naturally self assemble into ring structures such that Coulomb repulsion forces are minimized within the resulting crystal. Other approaches for nanoring synthesis include the assembly of a nanoring around a small seed particle which is later removed or the expansion and twisting of porphyrin like structures into a hollow nanoring structure.