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《用于压电应用的ZnO纳米线在多晶Au种子层上的形成机制》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2019-06-04

  • ZnO纳米线被认为是压电器件的有吸引力的构件，包括纳米发生器和应力/应变传感器。然而，它们的整合需要使用金属种子层，在其上面通过化学浴沉积的ZnO纳米线的形成机制仍然很大程度上是开放的。为了解决该问题，深入研究了ZnO纳米线在Au种子层顶部的成核和生长机制，其厚度在5-100nm的范围内。我们表明ZnO纳米线呈现两种不同的具有给定形态的纳米物体群。大多数主要群体由垂直排列的ZnO纳米线制成，其在Au（111）晶粒的顶部上异质外延形成。发现所得的外延应变在Au / ZnO界面处完全消除。相反，少数次级群由ZnO纳米线组成，其相对于基板表面的法线具有大约20°的显着平均倾斜角，其可能形成在Au（111）晶粒的（211）面上。进一步发现ZnO纳米线的伸长率受到所研究条件下c面顶面的表面反应的限制。通过使用电子束光刻实现选择性区域生长，控制ZnO纳米线的位置，但两个群体仍然在整体中共存。这些发现提供了对ZnO纳米线在金属种子层上形成机制的深入理解，应该考虑到它们更有效地集成到压电器件中。

    ——文章发布于2019年5月29日

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  • 《梳理纳米线》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-07-03
    • 我们的细胞让机器变得舒适。可嵌入传感器记录神经元如何以及何时发射;电极激发心脏细胞击败或脑细胞射击;类神经元装置甚至可以促进植入大脑后更快的再生长。 很快，所谓的脑机界面可以做得更多：监测和治疗帕金森病等神经系统疾病的症状，提供设计人工智能的蓝图，甚至可以实现脑 - 脑通信。 为了实现可达到的和不切实际的，设备需要一种方法来逐字深入我们的细胞以进行侦察。我们对神经元如何工作的了解越多，我们就越能用我们的机器模拟，复制和处理它们。 现在，在Nature Nanotechnology上发表的一篇论文中，Joshua和Beth Friedman大学教授Charles M. Lieber介绍了他最初用于细胞内记录的纳米级设备的更新，这是第一个用于记录活细胞内电子颤动的纳米技术。九年后，利伯和他的团队设计了一种方法，可以同时制造数千种这样的设备，创建一支纳米级军队，可以加快努力，找出我们细胞内发生的事情。 在利伯的工作之前，类似的设备面临着金发姑娘的难题：太大了，他们会记录内部信号但杀死牢房。太小了，他们没能穿过细胞膜 - 录音结果嘈杂而且不精确。 利伯的新纳米线恰到好处。在2010年设计和报告，原件有一个纳米级“V”形尖端，在“V”底部有一个晶体管。这种设计可以穿透细胞膜，并在不破坏细胞的情况下将准确的数据发送回团队。 但有一个问题。硅纳米线的长度远远超过它们的宽度，使得它们摇摆不定并且难以缠结。 “它们和煮熟的面条一样灵活，”Lieber实验室的研究生Anqi Zhuang说道，他是该团队最新工作的作者之一。 为了制造原始设备，实验室成员必须同时捕获一条纳米线面条，找到“V”的每个臂，然后将线编织到记录设备中。一对设备用了2到3个星期。 “这是非常繁琐的工作，”庄说。 但纳米线一次不制成一个;它们就像它们类似的东西一样集中制造：熟意大利面。利用利伯用于制造第一根纳米线的纳米团簇催化气 - 液 - 固方法，该团队建立了一个环境，使电线可以自行发芽。它们可以预先确定每根导线的直径和长度，但不能预先确定导线的位置。即使它们一次生长数千甚至数百万纳米线，最终的结果却是一堆看不见的意大利面条。 为了解开这个烂摊子，利伯和他的团队为他们松散的煮熟的面条设计了一个陷阱：他们在硅片上制作U形沟，然后在表面上梳理纳米线。这种“梳理”过程解开了混乱，并将每根纳米线沉积成一个整齐的U形孔。然后，每条“U”曲线都得到一个微小的晶体管，类似于它们的“V”形器件的底部。 通过“梳理”方法，利伯和他的团队在相同的时间内完成了数百个纳米线设备。 “因为它们非常一致，所以它们很容易控制，”张说。 到目前为止，张和她的同事们已经使用“U”形纳米级装置记录培养物中神经细胞和心脏细胞的细胞内信号。涂有模仿细胞膜感觉的物质，纳米线可以最小的努力或对细胞的损害穿过这个屏障。并且，它们可以记录与其最大竞争对手相同的精确度的细胞内颤振：膜片钳电极。 贴片钳电极比纳米线大约100倍。顾名思义，该工具会夹住细胞膜，造成不可逆转的损害。膜片钳电极可以捕获细胞内电信号的稳定记录。但是，张说，“记录后，细胞就会死亡。” Lieber团队的“U”形纳米级设备对其细胞宿主更友好。 “它们可以并行插入多个细胞而不会造成损害，”张说。 现在，这些设备非常温和，在记录约10分钟后，细胞膜会将它们推出。为了扩展这个窗口的下一个设计，团队可能会在尖端添加一些生化胶水或使边缘变粗糙，以便导线接近膜。 纳米级器件相对于膜片钳具有另一个优势：它们可以并行记录更多细胞。使用夹具，研究人员可以一次只收集一些细胞记录。在这项研究中，张一次记录了多达10个细胞。 “可能会有更多，”她说。他们一次可以记录的细胞越多，他们就越能看到细胞网络如何在生物中相互作用。 在扩展纳米线设计的过程中，该团队也碰巧证实了一个长期存在的理论，称为曲率假设。在利伯发明了第一批纳米线之后，研究人员推测纳米线尖端的宽度（“V”或“U”的底部）会影响电池对电线的响应。在这项研究中，该团队尝试了多条“U”曲线和晶体管尺寸。结果证实了最初的假设：细胞像一个狭窄的尖端和一个小晶体管。 “包括我们自己在内的许多科学之美在推动假设和未来工作方面面临着诸多挑战，”利伯说。随着它们背后的可扩展性挑战，该团队希望捕获更精确的记录，可能是在亚细胞结构内，并记录生物中的细胞。 但对于利伯来说，一个脑机挑战比其他所有人更具吸引力：“将机器人带入现实。” ——文章发布于2019年7月1日
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  • 《铁磁性FePt纳米晶超晶格的制备及应用》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-03-09
    • 近几十年来，对纳米颗粒的实验兴趣一直保持着发展势头，科学家发现了有关其独特性质的更多信息，如何将其用于越来越多的应用中，并开发了生产这些颗粒的先进技术。 早在2000年，科学家就开发了一种生产铁磁FePt纳米晶超晶格的方法，该方法被认为对超高密度磁记录介质的未来应用具有很大的希望。 下面，我们讨论产生这些纳米晶体超晶格的方法以及它们当前的现代应用。 铁磁性FePt纳米晶超晶格是如何制成的？ 来自纽约和加利福尼亚州沃森研究中心和阿尔玛登研究中心的科学家团队开发了一种通过还原乙酰丙酮铂并分解油酸和油胺稳定剂中的五羰基铁来合成铁-铂（FePt）纳米粒子的方法。据报道，该方法可产生具有可控尺寸和组成的FePt纳米粒子，以及具有可调粒子间间距的铁磁FePt纳米晶体超晶格。 首先，为了生产FePt纳米颗粒，该团队使用油酸和油胺来稳定和防止单分散FePt胶体的氧化。接下来，通过多元醇法将金属盐还原为金属颗粒。随后，Fe（CO）5热分解以生成Fe颗粒。这两个过程均在油酸和油胺的存在下进行，从而产生了单分散的FePt纳米颗粒。 该团队证明了所得的FePt纳米粒子可以很容易地控制。在控制羰基铁与铂盐的摩尔比时，研究人员表明可以调节组成。通过生长单分散种子颗粒并添加试剂以使种子生长至所需大小来更改粒度。最后，通过添加絮凝剂并离心将颗粒纯化和分离。 下一阶段是将FePt胶体分散到基质上，使溶剂蒸发，然后形成FePt纳米粒子超晶格。研究表明，生成的粒子是单分散的，很容易自组装成3D超晶格。 铁磁性FePt纳米晶超晶格的应用 一旦建立了创建铁磁性FePt纳米晶超晶格的方法，科学家就预见了它们在许多应用中的用途，特别是在光学和电子设备中。它们具有良好的化学稳定性和较大的单轴磁晶各向异性，可将其集成到永磁应用中。 它们具有随各向异性常数和颗粒体积成比例变化的单个颗粒的磁稳定性的特征，得出的结论是，这些颗粒可能会影响未来超高密度磁记录介质应用的发展。 然而，最近的研究强调了阻碍在磁记录中使用这些超晶格的问题。已经发现，FePt具有高矫顽力，大大超过了磁头材料限制的可用磁头的书写范围。因此，科学家们正在探索一种减少书写领域的方法来克服这一限制。 当前，最有前途的技术是在软磁相和硬磁相之间交换耦合。但是，要实现这一点，复合材料至少需要两个阶段。最近的研究在该领域取得了进展，最近几个月内发表了一些论文，这些论文展示了交换耦合并因此控制材料磁性能的可行方法。 该领域的进展很可能会使许多磁性应用受益，但是，实现这些应用可能需要花费几年的时间，在优化和准备方法之前还需要进行更多的研究。在研究环境之外使用。
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