Síntesis in situ de jerárquicamente

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 16955 (2022) Citar este artículo

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Los nanomateriales han despertado un enorme interés en mejorar el rendimiento de los sistemas de recolección de energía, los dispositivos biomédicos y los compuestos de alta resistencia. Se realizaron muchos estudios fabricando nanoestructuras más elaboradas y heterogéneas y luego las estructuras se caracterizaron mediante imágenes tomográficas TEM, mejorando la técnica de fabricación. A pesar del esfuerzo, el complejo proceso de fabricación, las características de aglomeración y la producción no uniforme aún se limitaban a presentar las vistas panorámicas en 3D de manera sencilla. Aquí sugerimos un método de síntesis in situ para preparar nanoestructuras complejas y ensambladas jerárquicamente que consistían en un núcleo de nanocables de ZnS y nanopartículas bajo un catalizador de Ag2S. Demostramos que el Zn y S vaporizados se solidificaron en diferentes formas de nanoestructuras únicamente con las temperaturas. Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de la síntesis de nanoestructuras heterogéneas, que consisten en un nanocable del mecanismo vapor-líquido-sólido y luego nanopartículas del mecanismo de crecimiento vapor-sólido mediante control de temperatura in situ. Las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente obtenidas se caracterizaron mediante diversas tecnologías TEM, verificando el mecanismo de crecimiento del cristal. Por último, la tomografía electrónica y la impresión 3D permitieron visualizar las estructuras a nanoescala en escalas de centímetros. La impresión 3D a partir de nanomateriales fabricados aleatoriamente rara vez se realiza hasta la fecha. El trabajo colaborativo podría ofrecer una mejor oportunidad para fabricar nanoestructuras avanzadas y sofisticadas.

Los nanomateriales son de gran interés debido a sus propiedades superficiales mejoradas, por lo que pueden usarse para almacenamiento de energía de alto rendimiento y plataforma de reacción redox, administración de fármacos in vivo, aditivos para mejorar la resistencia mecánica y controlador de dirección de luz plasmónica1,2,3 ,4,5,6,7. Sin embargo, la preparación de nanoestructuras artificiales requiere pasos de fabricación complejos para controlar la forma general y el control preciso de la posición de los nanomateriales en el sustrato objetivo. En consecuencia, existe una necesidad cada vez mayor de nuevas herramientas de visualización que aborden el rápido progreso en el desarrollo de diversos materiales a nanoescala creados por el hombre en la actualidad8,9,10,11,12. Para la visualización, los intrincados detalles estructurales de tales materias a nanoescala deben inspeccionarse y verificarse directamente en escalas de longitud relevantes para sus dimensiones intrínsecas casi atómicas. Al mismo tiempo, la información y el conocimiento estructural obtenidos deben traducirse fácilmente a escalas mucho mayores, donde no son necesarias herramientas de caracterización auxiliares adicionales para la aclaración y la comprensión.

Se han realizado muchos estudios para preparar nanoestructuras a partir de diversos métodos, como la deposición química de vapor (CVD), la evaporación térmica y los métodos de termosolución12,13,14,15,16,17,18. Luego se han desarrollado diferentes tipos de nanoestructuras en forma de nanocables, nanocintas, nanoláminas y nanopartículas. Aunque las tecnologías de fabricación nanoestructural se han desarrollado drásticamente, los nanomateriales preparados tienden a aglomerarse entre las estructuras a nanoescala, atenuando el rendimiento intrínseco de los nanomateriales19,20,21,22,23. Por lo tanto, se han estudiado estructuras heterogéneas, como la estructura núcleo/cubierta y la modificación de la superficie, para mantener y mejorar aún más la funcionalidad de los nanomateriales16,17,18,24,25,26,27. Varias nanoestructuras y sus métodos de fabricación evolucionan continuamente en estructuras heterogéneas avanzadas; sin embargo, los métodos requieren procesos complicados y exquisitos. La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una herramienta típica para caracterizar estructuras a escala casi atómica, capturando nanomateriales proyectados bidimensionales (2D). La tecnología de medición ayuda a que la inspección de nanomateriales se acerque más a escalas atómicas, por lo que el uso de la tecnología sería una estrategia complementaria para fabricar nanoestructuras avanzadas28,29.

Aunque la medición TEM amplió la técnica de preparación de nanomateriales, la medición TEM convencional a menudo necesita una preparación de muestras y operaciones de instrumentos muy sofisticadas para acceder a áreas espaciales de interés específico. La tomografía TEM tridimensional (3D) se ha convertido en una poderosa herramienta de caracterización debido a su capacidad única para acceder a detalles estructurales de entidades a nanoescala desde todos los ángulos, lo que puede captar detalles que se pasan por alto con el enfoque convencional30,31,32. La tomografía opera basándose en la acumulación y reconstrucción de imágenes TEM 2D a partir de asuntos de interés que se rotan sistemáticamente en varios ángulos de inclinación dentro del dispositivo TEM33,34,35. Si bien su ventaja para visualizar detalles estructurales sofisticados inalcanzables con las herramientas convencionales es obvia, dicha información que es una acumulación de imágenes TEM 2D individuales asignadas en ángulos de inclinación específicos aún presenta una brecha con vistas panorámicas verdaderamente 3D. Además, captar y acceder a las verdaderas estructuras 3D de entidades a nanoescala no es del todo sencillo con la tomografía TEM 3D únicamente, especialmente para aquellos que no están familiarizados con el análisis cristalográfico TEM.

Aquí sugerimos un método para preparar una nanoestructura compleja y heterogénea mediante una síntesis in situ. Las estructuras núcleo-cubierta basadas en nanocables se han sugerido en diversos campos de investigación, como dispositivos fotovoltaicos, electrodos implantables biomédicos, capas activas de recolección de energía, aditivos termoeléctricos y estudios de absorción y reflexión de la luz24,36,37,38,39,40. Primero, se fabricó una nanoestructura ensamblada jerárquicamente, que consta de un núcleo de nanocable de sulfuro de zinc (ZnS) (~ 50 nm de diámetro), nanopartículas de ZnS en la superficie del nanocable de ZnS y un catalizador a nanoescala de Ag2S en la punta del nanocable de ZnS. La fabricación de nanoestructuras basadas en ZnS ha sido ampliamente estudiada en diferentes dimensiones debido a su amplia banda prohibida directa41,42,43. Esta característica permite que las nanoestructuras basadas en ZnS se utilicen como aplicaciones optoelectrónicas, como diodos emisores de luz (LED), dispositivos electroluminiscentes (ELD), sensores versátiles y ventanas infrarrojas44,45,46,47,48,49. Las nanoestructuras ensambladas jerárquicamente se prepararon a partir de una síntesis simple in situ mediante deposición química de vapor organometálico (MOCVD). Dado que el Zn y el S vaporizados o licuados pueden solidificarse en diferentes formas de nanoestructuras con temperaturas (vía VLS), el Zn y el S se ensamblan en nanocables bajo un catalizador de Ag y luego se forman nanopartículas en la superficie del nanocables mediante el control de temperatura del vaporizado. Zn y S (vía VS). Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración para sintetizar nanoestructuras heterogéneas mediante el mecanismo de crecimiento VLS y luego VS únicamente a partir del control de temperatura in situ.

Las nanoestructuras ensambladas se monitorearon mediante diversas técnicas TEM y luego se caracterizaron mediante tomografía TEM 3D. Además, la tomografía TEM 3D se combinó con tecnología de impresión 3D para visualizar las complejas nanoestructuras. Sugerimos un enfoque de caracterización colaborativo que visualiza directamente detalles estructurales 3D de entidades a nanoescala y los traduce a una longitud mucho mayor (> 10 cm2) donde su inspección directa es posible sin esfuerzos de caracterización adicionales50,51,52. Además, la inspección sucesiva de nanoestructuras mediante tomografía TEM 3D y la visualización mediante impresión 3D promueven una nanofabricación elaborada, lo que da como resultado un rendimiento mejorado y modificado de los productos53,54,55. Aunque se ha informado que muchos estudios materializan estructuras sofisticadas utilizando impresión 3D a partir de un trabajo coordinado intencionalmente56,57,58, se han realizado pocos estudios para imprimir nanoestructuras a partir de materiales fabricados al azar.

Los resultados deberían abrir un campo novedoso que permita nanoestructuras heterogéneas fáciles de fabricar e investigue con alta resolución espacial. En última instancia, esto podría tener un impacto en nuestra comprensión del mecanismo de crecimiento de la estructura cristalina que desempeña un papel importante en las propiedades finales de la nanoestructura.

Las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente se cultivaron aquí siguiendo cinco pasos que se pueden ver en la Fig. 1a: (I) El polvo de ZnS se evapora a 900 °C y se separa en precursores de Zn (vapor) y S (vapor). La delgada película de Ag de 10 nm de espesor recubierta sobre la oblea de Si minimiza la energía superficial y forma gotas esféricas de Ag de una fase líquida, mientras que los precursores gaseosos de Zn y S se disuelven en las gotas de Ag. La reacción entre Ag (líquido) y S (vapor) se ve favorecida termodinámicamente. Por lo tanto, primero se forma Ag2S y el Zn y S proporcionados continuamente se disuelven en la gotita de Ag2S en forma de ZnS59,60. (II) La temperatura del interior del tubo de cuarzo disminuyó después de 20 minutos cuando el ZnS se disolvió suficientemente en la gota de Ag2S. Luego, el ZnS sobresaturado se precipita en una fase sólida para formar nanocables a la temperatura de nucleación. Luego se monitoreó el crecimiento de nanocables de ZnS con temperaturas de 800 °C (Fig. 1b) y 760 °C (Fig. 1c). El proceso de crecimiento vapor-líquido-sólido (VLS) fue sugerido en estudios anteriores61,62,63,64,65. (III) El crecimiento de los nanocables de ZnS altamente sobresaturados (Fig. 1d) se detuvo a una temperatura de 700 °C, que aquí se define como "temperatura eutéctica". Los nanocables de ZnS crecidos muestran claramente la longitud y el diámetro uniformes del rango de nanocables individuales de unos pocos μm y unas pocas decenas de nm, respectivamente. (IV) Los precursores de Zn (vapor) y S (vapor) proporcionados continuamente se depositaron directamente en la nucleación en modo sólido para formar nanopartículas de ZnS alrededor de nanocables de ZnS (Fig. 1e). Este proceso fue controlado por un mecanismo de crecimiento vapor-sólido (VS). (V) El crecimiento de las nanopartículas se detuvo automáticamente cuando la temperatura se enfrió a temperatura ambiente.

Preparación de nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente. ( a ) Diagrama esquemático del mecanismo de crecimiento de nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente. Imágenes TEM de nanocables de ZnS con temperaturas (II → III); (b) 800 °C y (c) 760 °C. (d) Imagen SEM de nanocables de ZnS a temperatura eutéctica (III). (e) Inicio del crecimiento de nanopartículas (III → IV) confirmado por imagen TEM. (f) Imagen SEM de nanoestructuras de ZnS (V). Ambos recuadros en (d) y (f) mostraron un único nanocable y una nanoestructura a partir de imágenes SEM de gran aumento (barra de escala: 100 nm).

Las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente muestran que cada nanocable de ZnS estaba decorado con cantidades considerables de nanopartículas con un tamaño <10 nm, que generan un espesor de 50 a 100 nm (nanoescala) y una longitud de ~ 1 μm, respectivamente (Fig. 1f). . La medición por XRD corroboró la estructura cristalina de las nanoestructuras de ZnS obtenidas, correspondientes a la fase hexagonal de wurtzita 2H ZnS con constantes de red de a = b = 3.836 Å y c = 6.277 Å, que es bastante diferente de las obtenidas a partir de nanocables de ZnS (Fig. S2).

Varios estudios TEM demostraron la capacidad de inspeccionar una morfología detallada de nanoestructuras complejas y aleatorias. Una imagen TEM típica de campo brillante (BF) de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente reveló nanopartículas claramente irregulares adheridas a la superficie del nanocable de ZnS (Fig. 2a, imágenes de bajo aumento en la Fig. S3). El catalizador Ag2S se mostró como una forma elíptica oscura en el extremo de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente. El análisis de mapeo elemental TEM de nanoestructuras individuales de ZnS ensambladas jerárquicamente mostró que los elementos Zn y S son dominantes en nanocables y nanopartículas (Fig. 2b). Las señales de Ag se detectan fuertemente en la punta de la nanoestructura con las señales densas del elemento S. Los resultados del mapeo EDS respaldan el hallazgo de que el nanocable de ZnS se cultivó a partir del método VLS utilizando el catalizador Ag2S y luego se cultivaron nanopartículas de ZnS alrededor del nanocable a partir del método VS (Fig. S4).

Análisis estructural de nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente. (a) Una imagen BF TEM de una nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente. (b) Imágenes HR ADF-STEM de la nanoestructura y mapas de elementos EDS (amarillo: Ag, verde: Zn, rojo: S). (c) Imagen HR-TEM de una única nanoestructura de ZnS que muestra el crecimiento del eje c y la naturaleza monocristalina. (d) Imágenes BF TEM y (e) HR ADF-STEM obtenidas de una sección transversal de nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente (recuadro: patrón FFT correspondiente). (f) El campo de deformación de (e) que se calculó utilizando GPA.

La nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente se inspeccionó más a fondo utilizando imágenes TEM de alta resolución (HR-TEM), examinando las estructuras cristalinas detalladas tanto de los nanocables como de las nanopartículas de ZnS (Fig. 2c); esto muestra franjas de red altamente cristalizadas tanto para los nanocables como para las nanopartículas de ZnS. La imagen de la red determinó el espaciado interplanar de 0,314 nm perpendicular al eje del nanocables de ZnS que era exactamente el plano de la red [0001]. El crecimiento del ZnS se produjo en la dirección del ZnS wurtzita. Las nanopartículas de ZnS también mostraron un plano de red [0001] con un espaciado interplanar de 0,314 nm, y el crecimiento de ZnS fue en la dirección [0001].

La técnica FIB realizó un corte transversal de las nanoestructuras de ZnS. La imagen STEM anular de campo oscuro de alta resolución (HR ADF-STEM) del área específica marcada con un cuadrado rojo (Fig. 2d) coincidía bien con el ZnS hexagonal con respecto al contraste Z entre Zn y S (Fig. 2e). El recuadro derecho muestra la transformada rápida de Fourier (FFT) con eje de zona [0001]. Los puntos de difracción están indexados a wurtzita ZnS, lo que confirma que las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente son monocristalinas. El campo de deformación entre nanocables y nanopartículas mediante la herramienta GPA (Fig. 2f) mostró el mapeo de deformaciones superpuesto para εxy, y los datos del mapeo mostraron claramente que la tensión no se induce (menos del 1%) entre nanocables y nanopartículas.

Dentro del TEM se realizó un análisis de tomografía 3D de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente con una rejilla de carbono, obteniendo una mejor visión de la nanoestructura específica. Se recopilaron varios conjuntos de imágenes BF TEM inclinadas a intervalos de inclinación de varios grados de -75° a 75° utilizando el soporte de rotación (el video de rotación se puede ver en la Película S1). Estos tomógrafos electrónicos reconstruyeron objetos 3D a partir de imágenes de proyección 2D tomadas en diferentes ángulos de visión y se convierten en objetos 3D a partir de imágenes 2D combinadas a través de los siguientes cuatro procesos (Fig. 3): (1) Serie de imágenes 2D adquiridas del ZnS ensamblado jerárquicamente. nanoestructura en los diferentes ángulos de visión. (2) Imágenes proyectadas en 2D combinadas en una pila de imágenes ordenadas por ángulo de visión. (3) Se alinea la serie de inclinación y se aplica un algoritmo de reconstrucción para producir una reconstrucción 3D de la nanoestructura (Película S2 para tomografía y Película S3 para visualización 3D). (4) La nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente se obtuvo mediante impresión 3D.

Ilustración esquemática de la adquisición de datos de tomografía TEM, la reconstrucción 3D y el resultado de la impresión 3D.

En la figura 4 superior se muestran cinco imágenes BF representativas de las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente inclinadas a -70°, -35°, 0°, 35° y 70°. La forma y ubicación de las nanopartículas se revelan en el volumen reconstruido impreso en 3D en la figura 4 inferior. Las nanoestructuras impresas en 3D proporcionaron una escala de longitud 105 magnificada que las nanoestructuras prístinas. Un aspecto crucial de la tomografía electrónica es segmentar las características de interés de las reconstrucciones 3D y describir cuantitativamente sus propiedades. Por último, la precisión de la visualización se confirmó mediante la comparación entre las imágenes medidas por TEM y las imágenes ópticas ampliadas (Fig. 5). La comparación demostró que la visualización reprodujo con éxito la medición a nanoescala a un artefacto a escala centimétrica, lo que permitió observar fácilmente las complicadas nanoestructuras y, en última instancia, modificarlas mediante la retroalimentación de la visualización.

Imágenes BF con varios ángulos de inclinación de una serie tomográfica (arriba) y fotografías de nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente impresas en 3D (ampliadas en 105 escalas) (abajo).

Imágenes ópticas ampliadas (derecha) para confirmar la visualización de la medición a nanoescala (izquierda); (a) punta y (b) superficie de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente.

Las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente se prepararon mediante métodos de cultivo VLS y VS. El Zn y el S vaporizados se disolvieron en un catalizador de Ag2S licuado y luego formaron nanocables de ZnS a temperatura saturada. El Zn y S vaporizados se unieron directamente alrededor del nanocable de ZnS bajo temperatura eutéctica (700 °C) y formaron nanopartículas de ZnS. El método in situ controlado únicamente por temperatura debería abrir numerosas posibilidades de fabricar nanoestructuras heterogéneas ensambladas jerárquicamente. Varias mediciones de TEM demostraron directamente las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente y la dirección de crecimiento de los cristales. Además, la tomografía 3D ayudó a que las nanoestructuras revelaran sus características específicas. Finalmente, las nanoestructuras fueron visualizadas mediante la técnica de impresión 3D a grandes escalas (> 10 cm2). Este estudio permitiría que la fabricación de nanoestructuras fuera más precisa, lo que daría como resultado productos de nanomateriales de alto rendimiento.

Las nanoestructuras de ZnS ensambladas jerárquicamente se prepararon en tubos de cuarzo horizontales con un sistema de horno de oro (ver Fig. S1). Primero, se limpió una oblea de Si (100) (1,0 cm x 3,0 cm) en acetona y se sonicó durante 10 minutos. Luego se depositó una película de Ag (10 nm de espesor) como catalizador sobre la oblea de Si limpia durante 10 s mediante pulverización iónica. A continuación, se vertieron 0,1 mg de dietilditiocarbamato de zinc (97 %, polvo de ZnS, Sigma-Aldrich) en un recipiente de alúmina colocado aguas arriba del tubo de cuarzo. La oblea de Si recubierta de Ag se ubicó aguas abajo del tubo de cuarzo. Después de reducir la presión del tubo de cuarzo en el interior a 0,1 torr, se utilizó un controlador de flujo másico (MFC) para establecer un flujo de gas Ar (pureza del 99,999%) de 100 sccm (centímetro cúbico estándar por minuto). La presión del interior del tubo de cuarzo se mantuvo a 5,0 torr utilizando el sistema de control de presión. Cuando la temperatura del horno de oro alcanzó los 900 °C con una velocidad de 1 °C/s, los tubos de cuarzo, incluido el bote de alúmina aguas arriba y la oblea de Si recubierta de Ag aguas abajo, se movieron dentro del horno.

Las morfologías y microestructuras de los productos sintetizados se caracterizaron sistemáticamente. Las características de la estructura cristalina y la morfología de la nanoestructura de ZnS sintetizada ensamblada jerárquicamente se investigaron utilizando un difractómetro de rayos X (XRD, Bruker D8 advanced), microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM, Hitachi-8230) y corrección de Cs. Microscopía electrónica de transmisión (Cs-TEM JEOL ARM200F) funcionando a 200 kV. La composición química de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente se analizó utilizando un espectrómetro de rayos X de energía dispersiva (EDS, Oxford Aztec 80 T) conectado al Cs-TEM. Se utilizó un haz de iones enfocado (FIB, FEI NOVA200) para observar la sección transversal de la nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente. Se utilizó un script de análisis de fase geométrica (GPA) instalado en un micrográfico digital Gatan para calcular la tensión generada en la interfaz entre el nanocable de ZnS y la nanopartícula de ZnS.

La tomografía TEM se realizó utilizando el software de adquisición automatizado de series de inclinación TEMography en un Cs-TEM operado a 200 kV. El primer paso en la tomografía TEM es registrar imágenes TEM mientras se inclina la muestra en una amplia gama de ángulos en pequeños incrementos. Para los nanocables de ZnS recubiertos con nanopartículas, se empleó el soporte de rotación JEOL para recolectar imágenes de campo brillante (BF) en un Cs-TEM. La inclinación de la rotación JEOL es impulsada por motor de 0 a 360°. Se recopilaron 160 imágenes BF para cada reconstrucción a intervalos de inclinación de 1° en un rango de inclinación de −80° a +80°. Aquí se incluyó la rejilla de carbono de encaje, que se utilizó como plantilla para el análisis TEM, para visualizar todas las nanoestructuras de manera más sofisticada. Composer (TEMography.com) realiza una adquisición automática completa de series secuenciales de imágenes TEM inclinadas, esenciales para la reconstrucción de imágenes tomográficas en 3D. Los algoritmos correspondientes a problemas inherentes, como la corrección de la posición desplazada cuando la muestra se inclina y el mantenimiento del enfoque, se aplican automáticamente. Después de la adquisición de datos, todas las imágenes BF TEM se alinean con respecto a un origen común y un eje de inclinación. En el siguiente paso, se calcula una reconstrucción 3D de la muestra fotografiada utilizando algoritmos especializados como la retroproyección filtrada (FBP) y la técnica de reconstrucción iterativa simultánea (SIRT). El resultado reconstruido en 3D y el software Amira (ThermoFischer Scientific) proporcionan la base para visualizar la morfología de la nanoestructura de ZnS. Las formas de nanoestructura de ZnS ensambladas jerárquicamente se fabricaron mediante un método de impresión 3D con filamento de ácido poliláctico (PLA). El sistema de impresión 3D personalizado utilizado consistía en un cabezal de fabricación de filamentos fundidos (FFF) con una boquilla de 300 μm, una plataforma de impresión móvil en tres ejes y un módulo de monitoreo óptico; el módulo de monitoreo constaba de una lente óptica (10 ×) y una cámara con dispositivo de carga acoplada (CCD) (Blackfly USB3 FLIR). La plantilla de la forma de nanoestructura de ZnS ensamblada jerárquicamente se obtuvo con tomografía TEM y se exportó como archivo de estereolitografía (.stl) a TEMography (Visualizer-kai, Japón). Las estructuras 3D, que se formaron en formato .stl, se fabricaron mediante impresión 3D capa por capa. Después de la impresión, se eliminó la parte de soporte que mantenía la forma de las estructuras impresas durante el proceso de impresión.

Todos los datos producidos por este estudio se incluyen en este artículo publicado.

Vayssilov, GN et al. La nanoestructura de soporte aumenta la transferencia de oxígeno a nanopartículas de platino catalíticamente activas. Nat. Madre. 10, 310–315 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Wu, H. y col. Ciclo estable de ánodos de baterías de nanotubos de silicio de doble pared mediante control de interfase de electrolito sólido. Nat. Nanotecnología. 7, 310–315 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Edelbrock, AN y cols. La nanoestructura supramolecular activa la señalización del receptor TrkB de las células neuronales imitando el factor neurotrófico derivado del cerebro. Nano Lett. 18, 6237–6247 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nam, J. y col. Ensamblaje de nanopartículas de oro sensible al pH y “espaciotemporalmente”. ACS Nano 7, 3388–3402 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Sivis, M., Duwe, M., Abel, B. & Ropers, C. Emisión de líneas atómicas mejorada con nanoestructura. Naturaleza 485, E1 – E2 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Karakassides, A., Ganguly, A., Tsirka, K., Paipetis, AS y Papakonstantinou, P. Nanohojuelas de grafeno cultivadas radialmente sobre fibras de carbono como interfaz de refuerzo para compuestos poliméricos. Aplicación ACS. Nanomadre. 3, 2402–2413 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Kang, BH y cols. Reacción en cadena de la polimerasa en chip nanoplasmónica ultrarrápida y en tiempo real para diagnósticos moleculares rápidos y cuantitativos. ACS Nano 15, 10194–10202 (2021).

Artículo PubMed Google Scholar

Tanksalvala, M. et al. Caracterización de nanoestructuras 3D no destructivas, de alta resolución y químicamente específicas mediante reflectometría de imágenes EUV sensible a fases. Ciencia. Adv. 7, 9667 (2021).

ADS del artículo Google Scholar

Yao, H., Hsieh, YP, Kong, J. & Hofmann, M. Modelado de conducción eléctrica en conjuntos de nanoestructuras a través de redes complejas. Nat. Madre. 19, 745–751 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Aslanoglou, S. y col. Caracterización eficiente por microscopía electrónica de transmisión de las interacciones interfaciales célula-nanoestructura. Mermelada. Química. Soc. 142, 15649–15653 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Qian, K., Winans, RE y Li, T. Conocimientos sobre la nanoestructura, solvatación y dinámica de electrolitos líquidos mediante dispersión de rayos X de ángulo pequeño. Adv. Materia energética. 11, 2002821 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Moore, D., Ding, Y. & Wang, ZL Nanohélices estructuradas jerárquicas de ZnS. Angélica. Química Internacional. Ed. 45, 5150–5154 (2006).

Artículo CAS Google Scholar

Jiang, Y. et al. Crecimiento homoepitaxial y propiedades láser de matrices de nanocables y nanocintas de ZnS. Adv. Madre. 18, 1527-1532 (2006).

Artículo CAS Google Scholar

Fang, XS, Ye, CH, Zhang, LD, Wang, YH & Wu, YC Crecimiento catalítico con temperatura controlada de nanoestructuras de ZnS mediante la evaporación de nanopolvos de ZnS. Adv. Función. Madre. 15, 63–68 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Khanlary, MR, Alijarahi, S. y Reyhani, A. Dependencia de la temperatura de crecimiento de nanocables de ZnS ultralargos cultivados con VLS preparados mediante el método CVD. J. Theor. Aplica. Física. 12, 121-126 (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Fang, X., Gautam, U., Bando, Y. y Golberg, D. Nanoestructuras jerárquicas, de núcleo/cáscara y heteroestructuras unidimensionales basadas en ZnS. J. Mater. Ciencia. Tecnología. 24, 520–528 (2008).

CAS Google Académico

Fang, X., Bando, Y., Ye, C., Shen, G. y Golberg, D. Crecimiento controlado por forma y tamaño de nanoestructuras de ZnS. J. Física. Química. C 111, 8469–8474 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Gautam, Reino Unido, Fang, X., Bando, Y., Zhan, J. y Golberg, D. Síntesis, estructura y propiedades de emisión de campo multiplicadas y mejoradas de heteroestructuras de núcleo-cubierta de nanotubos de ZnS ramificados en nanocables. ACS Nano 2, 1015-1021 (2008).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Huang, JY y cols. Observación in situ de la litiación electroquímica de un único electrodo de nanocables de SnO 2. Ciencia 330, 1515-1520 (2010).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Liu, Z. y col. Alta capacitancia anómala en un condensador de nanocables único coaxial. Nat. Comunitario. 3, 1833 (2012).

Artículo de Google Scholar

Li, Y. et al. Estructura atómica de interfaces y materiales sensibles de baterías reveladas por microscopía crioelectrónica. Ciencia 358, 506–510 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Laroche, D. y col. Observación del efecto Josephson periódico 4π en nanocables de arseniuro de indio. Nat. Comunitario. 10, 1–7 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Liu, W. y col. Mejora de la conductividad iónica en electrolitos de polímeros compuestos con nanocables cerámicos bien alineados. Nat. Energía 2, 1–7 (2017).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lauhon, LJ, Gudiksen, MS, Wang, D. y Lieber, CM Heteroestructuras de nanocables de núcleo-capa epitaxial y núcleo-multicapa. Naturaleza 420, 57–61 (2002).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, CM y cols. Observación por microscopía electrónica de transmisión in situ de la microestructura y evolución de fases en un nanocables de SnO2 durante la intercalación de litio. Nano Lett. 11, 1874–1880 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Behroozfar, A. et al. Impresión 3D a microescala de cobre nanohermanado. Adv. Madre. 30, 1–6 (2018).

Artículo de Google Scholar

Chockla, AM y cols. Tejido de nanocables de silicio como material de electrodo de batería de iones de litio. Mermelada. Química. Soc. 133, 20914–20921 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Bonasoro, F. et al. Observación TEM in situ de a. Ciencia 344, 623–627 (2014).

ADS del artículo Google Scholar

Wakizaka, M. y col. Observaciones a escala macro y atómica de una heterounión unidimensional en un complejo de nanocables de níquel y paladio. Nat. Comunitario. 13, 6-10 (2022).

Artículo de Google Scholar

Choudhary, N. y col. Cruce del modo de crecimiento impulsado por la tensión y dependiente del número de capas en heteroestructuras de van der Waals: epitaxia horizontal 2D/2D capa por capa a reorientación vertical 2D/3D. Adv. Madre. Interfaces 5, 1800382 (2018).

Artículo de Google Scholar

Kim, JH y cols. Integración verde a escala centimétrica de heteroestructuras 2D TMD vdW capa por capa sobre sustratos arbitrarios mediante transferencia de capas asistida por agua. Ciencia. Rep. 9, 1641 (2019).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wirix, MJM, Bomans, PHH, Friedrich, H., Sommerdijk, NAJM & De With, G. Estructura tridimensional de ensamblajes P3HT en disolventes orgánicos revelada por crio-TEM. Nano Lett. 14, 2033-2038 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Wu, J. y col. Tomografía electrónica de nanocables semiconductores catalizados por Au. J. Física. Química. C 117, 1059-1063 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Verheijen, MA et al. Morfología tridimensional de nanocables GaP-GaAs revelada por tomografía por microscopía electrónica de transmisión. Nano Lett. 7, 3051–3055 (2007).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Midgley, PA y Dunin-Borkowski, RE Tomografía electrónica y holografía en ciencia de materiales. Nat. Madre. 8, 271–280 (2009).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Kim, SK y cols. Ajuste de la absorción de luz en dispositivos fotovoltaicos de nanocables de silicio con núcleo/carcasa mediante diseño morfológico. Nano Lett. 12, 4971–4976 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Araki, T. y col. Interfaz neuronal implantable, flexible y transparente a largo plazo basada en nanocables núcleo-cubierta Ag/Au. Adv. Saludc. Madre. 8, 1900130 (2019).

Artículo de Google Scholar

Xie, H. y col. Supercondensador de alto rendimiento con almacenamiento de energía más rápido y larga vida cíclica basado en una matriz de nano-núcleo-cubierta de CuO@MnO2 sobre una superficie de fibra de carbono. Aplicación ACS. Materia energética. 3, 7325–7334 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, G., Wang, W. y Li, X. Propiedades termoeléctricas mejoradas de compuestos de nanocables de heteroestructura de núcleo/cubierta. Adv. Madre. 20, 3654–3656 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Xia, X. y col. Conjuntos de nanocables con núcleo/cubierta de óxido metálico de alta calidad sobre sustratos conductores para el almacenamiento de energía electroquímica. ACS Nano 6, 5531–5538 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Kumbhakar, P., Biswas, S., Tiwary, CS y Kumbhakar, P. Emisión de luz casi blanca y actividad fotocatalítica mejorada ajustando los defectos de la superficie de nanobarras coaxiales de núcleo-cubierta de ZnO@ZnS. J. Aplica. Física. 121, 144201 (2017).

Artículo de Google Scholar

Kanti Kole, A., Sekhar Tiwary, C. y Kumbhakar, P. Síntesis controlada por morfología de nanoestructuras de ZnS de wurtzita mediante un método hidrotermal simple y observación de la emisión de luz blanca del ZnO obtenida mediante el recocido de las nanoestructuras de ZnS sintetizadas. J. Mater. Química. C 2, 4338–4346 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Shen, G., Bando, Y., Tang, C. y Golberg, D. Heteroestructuras de nanocables de ZnS/SiO2 jerárquicas autoorganizadas. J. Física. Química. B 110, 7199–7202 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Zhang, Y. et al. Síntesis asistida por nanopartículas de ZnS y propiedades ópticas de nanotorres de ZnS. Cristal. Crecimiento Des. 7, 1459-1462 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Xiong, Q. y col. Propiedades ópticas de nanocables de ZnS de sección transversal rectangular. Nano Lett. 4, 1663–1668 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Baranowska-Korczyc, A. et al. Síntesis fácil de nanofibras de núcleo/cubierta ZnO/ZnS mediante electrohilado y sulfuración en fase gaseosa para aplicaciones de biosensores. Física. Química. Química. Física. 17, 24029–24037 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Prasad, N. y Balasubramanian, K. Efecto de la morfología sobre las propiedades ópticas y eléctricas mejoradas eficientemente de W-ZnS para aplicaciones de sensores UV. J. Aplica. Física. 124, 045702 (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Bhushan, M. & Jha, R. Correlaciones de actividad superficial de nanoestructuras jerárquicas 3-D mesoporosas de ZnS para un mejor rendimiento foto y electrocatalítico. Aplica. Navegar. Ciencia. 528, 146988 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Kumar, R., Sakthivel, P. & Mani, P. Características estructurales, ópticas, electroquímicas y antibacterianas de las nanopartículas de ZnS: incorporación de Sn. Aplica. Física. Una Mater. Ciencia. Proceso. 125, 1-12 (2019).

Artículo de Google Scholar

Zhu, C. y col. Nanomateriales funcionales impresos en 3D para almacenamiento de energía electroquímica. Nano hoy 15, 107–120 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Seol, SK y cols. Impresión 3D basada en electrodeposición de microarquitecturas metálicas con estructuras internas controladas. Pequeño 11, 3896–3902 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Burnett, TL y cols. Tomografía correlativa. Ciencia. Rep. 4, 4711 (2015).

Artículo de Google Scholar

Scalfani, VF, Turner, CH, Rupar, PA, Jenkins, AH y Bara, JE Nanoestructuras de copolímeros en bloque impresos en 3D. J. química. Educativo. 92, 1866–1870 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Möbus, G. & Inkson, BJ Tomografía a nanoescala en ciencia de materiales. Madre. Hoy 10, 18-25 (2007).

Artículo de Google Scholar

Dong, Z. y col. Impresión 3D de objetos superhidrófobos con nanoestructura masiva. Adv. Madre. 33, 2106068 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, Y., Sun, X., Nomura, N. & Fujita, T. Arquitecturas jerárquicas de cobre nanoporoso mediante técnica de impresión 3D para catalizadores altamente eficientes. Pequeño 15, 1–7 (2019).

Google Académico

Kalia, K., Francoeur, B., Amirkhizi, A. y Ameli, A. Impresión 3D de espuma in situ de estructuras microcelulares mediante fabricación aditiva por extrusión de materiales. Aplicación ACS. Madre. Interfaces https://doi.org/10.1021/acsami.2c03014 (2022).

Artículo PubMed Google Scholar

Han, C. y col. Avances recientes en aleaciones de alta entropía para impresión 3D. Adv. Madre. 32, 1–41 (2020).

ADS del artículo Google Scholar

Él, J. et al. Afectando una función de trabajo ultra alta de la plata. Angélica. Química. En t. Ed. 59, 4698–4704 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Zhu, YC, Bando, Y. & Uemura, Y. Nanocables ZnS-Zn y nanotubos ZnS. Química. Comunitario. 3, 836–837 (2003).

Artículo de Google Scholar

Kim, JH y cols. Investigación del crecimiento y análisis de microscopía electrónica de transmisión de calentamiento in situ de nanocables de ZnS catalizados con Ag 2 S. Aplica. Navegar. Ciencia. 436, 556–561 (2018).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Nagaoka, A., Yoshino, K., Kakimoto, K. y Nishioka, K. Diagrama de fases del sistema pseudobinario Ag2SnS3-ZnS para el crecimiento de cristales de Ag2ZnSnS4. J.Cristal. Crecimiento 555, 125967 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Sharifi, Y. & Achenie, L. Uso de la teoría funcional de la densidad para postular un mecanismo para la formación de sulfuro de zinc en un reactor CVD. J.Cristal. Crecimiento 307, 440–447 (2007).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Hu, J. y col. Heteroestructuras epitaxiales: nanocables biaxiales de Si-Zns, Si-ZnSe de lado a lado y nanocables triaxiales de Zns-Si-Zns en forma de sándwich. Mermelada. Química. Soc. 125, 11306–11313 (2003).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Liang, Y., Xu, H. & Hark, SK Orientación y estructura de crecimiento epitaxial controlable de matrices de nanocables zns sobre sustratos de GaAs. J. Física. Química. C 114, 8343–8347 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

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Este trabajo fue apoyado por el fondo de investigación de la Universidad Dong-A.

Departamento de I+D de textiles avanzados, Instituto Coreano de Tecnología Industrial, Ansan, Gyeonggi-do, 15588, Corea del Sur

Taehwan Lim

Equipo de investigación de impresión 3D inteligente, Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea, Changwon, 51543, Corea del Sur

Seung Kwon Seol

Ingeniería de materiales de funcionalidad eléctrica, Universidad de Ciencia y Tecnología (UST), Changwon, 51543, Corea del Sur

Seung Kwon Seol

Centro de Investigación de Microscopía Electrónica, Instituto de Ciencias Básicas de Corea, Ochang, 28119, Corea del Sur

Hyo-Jeong Kim y Yang Hoon Huh

Centro de Tecnología NanoScience, Universidad de Florida Central, Orlando, FL, 32826, EE. UU.

Yeonwoong Jung

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Florida Central, Orlando, FL, 32816, EE. UU.

Yeonwoong Jung

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Florida Central, Orlando, FL, 32826, EE. UU.

Yeonwoong Jung

División de Investigación Analítica, Instituto de Ciencias Básicas de Corea, Jeonju, Jeollabuk-do, 54907, Corea del Sur

Hee Suk Chung

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad Dong-A, Busan, 49315, Corea del Sur

Jung Han Kim

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TL preparó las figuras y escribió el manuscrito. SKS llevó a cabo un experimento y diseñó el concepto. H.-JK y YHH realizaron un experimento. YJ, H.-SC y JHK gestionaron el concepto, la metodología, la curación de datos y supervisaron este trabajo. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Yeonwoong Jung, Hee-Suk Chung o Jung Han Kim.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Película complementaria T1.

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Lim, T., Seol, SK, Kim, HJ. et al. Síntesis in situ de nanoestructuras tridimensionales de ZnS ensambladas jerárquicamente y visualización impresa en 3D. Informe científico 12, 16955 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-21297-y

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Recibido: 04 de julio de 2022

Aceptado: 26 de septiembre de 2022

Publicado: 10 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21297-y

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