Проблема створення і дослідження наноструктур з контрольованими розмірами і заданими властивостями входить до числа найважливіших проблем нашого часу, перш за все, тому, що її рішення приведе до революційних змін в наноелектроніці, наномеханіці, біології, медицині, матеріалознавстві і інших областях. Багато держав мають свої національні програми по нанотехнології. Великий інтерес до нанотехнології і успіхи останніх років в цій області дозволяють сподіватися на створення найближчими роками нових матеріалів і нових приладів Нанодріт є одним з ключових об'єктів нанотехнології. Є повідомлення про використання нанодротів як компонент композиційних матеріалів, а також для створення матриць емітерів електронів, каталізаторів, електродів для біофізичних досліджень.
Розділ 1. Вирощування нанодротів
1.1 Синтез за допомогою шаблонів
Синтез нанодротів за допомогою шаблонів є концептуально простим методом виготовлення наноструктур. Шаблони містять дуже малі циліндричні пори або порожнини у матеріалі матриці, порожнина заповнюється потрібним матеріалом, який приймає морфологію пор, для формування нанодротів.
Синтез шаблонів. У синтезі наноструктур з використанням шаблонів необхідно розглядати такі важливі характеристики, як хімічну стабільність і механічні властивості шаблону (маски), а також діаметр, однорідність та густину пор. Шаблони, які часто використовують для синтезу нанодротів, включають анодний алюміній (Al2О3), наноканальне скло, витравлені пучками іонів полімери та плівки слюди. Поруваті шаблони з анодного алюмінію отримуються анодуванням чистих плівок АІ у різних кислотах. При ретельно вибраних умовах анодування отримана плівка окису має регулярну гексагональну структуру паралельних і майже циліндричних каналів, як показано на рис. 1.1.
Рис. 1.1. а – СЕМ (Скануючий електронний мікроскоп) зображення верхньої поверхні шаблонів поруватого анодного алюмінію з середнім діаметром пор 44 нм; б - СЕМ зображення полікарбонатної мембрани, витравленої частинками з діаметром пор 1 мкм.
Самоорганізація структури пор у шаблоні з анодного алюмінію включає два зв'язаних процеси: формування пор з однаковими діаметрами завдяки тонкому балансу між дифузією, стимульованою електричним полем, що визначає швидкість росту алюмінію, та розчинення алюмінію в кислотному електроліті. Пори вважаються самоорганізованими завдяки існуванню механічних напруг на границі поділу алюміній-алюміній через об'ємне розширення при анодуванні. Ці напруги спричинюють силу відштовхування між порами, викликаючи їх впорядкування у гексагональній решітці. Залежно від умов анодування діаметр пор може систематично змінюватися від < 10нм до 200 нм з густиною пор у області 109-1011 nop/см2. Повідомлялося, що розподіл розмірів пор та впорядкування анодних алюмінієвих шаблонів можуть бути значно покращені методом двокрокового анодування, в якому шар алюмінієвого окису розчиняється після першого анодування у кислотному розчині, за чим слідує друге анодування в таких самих умовах.
Інший тип поруватого шаблону, що звичайно використовують для синтезу нанодротів, є шаблон, який виготовляється хімічним травленням треків частинок, що утворюються після іонного бомбардування, наприклад, полікарбонати! мембрани з травленими треками та плівки слюди.
Наноканальне скло (nano-channel glass - NCG), наприклад, містить регулярну гексагональну структуру капілярів, подібну до структури пор .у анодованому алюмінії з густиною упаковки ~3х1010 пор/см2. Молекули ДНК також використовувалися як шаблон для вирощування нанорозмірних дротів [7].
Діблокові кополімери, тобто полімери, що складаються з двох ланцюгових сегментів з різними властивостями, також були використані як шаблони для вирощування нанодротів. Коли два сегменти не змішуються один з одним, відбувається фазова сегрегація, і залежності від їх об'ємного співвідношення, можуть самоорганізовуватися сфери, циліндри та пластинки. Для формування самоорганізованої структури нанопор використовувалися кополімери, що складалися з полістирену та поліметіметакрилату [6].