Synthèse in situ de la hiérarchie

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16955 (2022) Citer cet article

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Les nanomatériaux suscitent un énorme intérêt pour l’amélioration des performances des systèmes de récupération d’énergie, des dispositifs biomédicaux et des composites à haute résistance. De nombreuses études ont été réalisées pour fabriquer des nanostructures plus élaborées et hétérogènes, puis les structures ont été caractérisées à l'aide d'images tomographiques TEM, améliorant ainsi la technique de fabrication. Malgré les efforts, le processus de fabrication complexe, les caractéristiques d'agglomération et le résultat non uniforme se limitaient encore à présenter directement les vues panoramiques 3D. Ici, nous avons suggéré une méthode de synthèse in situ pour préparer des nanostructures complexes et assemblées hiérarchiquement, constituées d'un noyau de nanofils ZnS et de nanoparticules sous un catalyseur Ag2S. Nous avons démontré que le Zn et le S vaporisés se sont solidifiés sous différentes formes de nanostructures uniquement avec les températures. À notre connaissance, il s’agit de la première démonstration de synthèse de nanostructures hétérogènes, constituées d’un nanofil issu du mécanisme vapeur-liquide-solide, puis de nanoparticules issues du mécanisme vapeur-solide cultivées par contrôle de température in situ. Les nanostructures de ZnS assemblées hiérarchiquement obtenues ont été caractérisées par diverses technologies TEM, vérifiant le mécanisme de croissance cristalline. Enfin, la tomographie électronique et l’impression 3D ont permis de visualiser les structures nanométriques à des échelles centimétriques. L’impression 3D à partir de nanomatériaux fabriqués de manière aléatoire est rarement réalisée à ce jour. Les travaux de collaboration pourraient offrir une meilleure opportunité de fabriquer des nanostructures avancées et sophistiquées.

Les nanomatériaux présentent un grand intérêt en raison de leurs propriétés de surface améliorées. Ils peuvent donc être utilisés pour une plate-forme de stockage d'énergie et de réaction redox haute performance, ciblant in vivo l'administration de médicaments, des additifs pour l'amélioration de la résistance mécanique et un contrôleur de direction de la lumière plasmonique1,2,3. ,4,5,6,7. Cependant, la préparation des nanostructures artificielles nécessite des étapes de fabrication complexes pour contrôler la forme globale et la position précise des nanomatériaux sur le substrat de ciblage. En conséquence, il existe un besoin croissant de nouveaux outils de visualisation, qui répondent aux progrès rapides dans le développement de diverses matières artificielles à l’échelle nanométrique de nos jours8,9,10,11,12. Pour la visualisation, les détails structurels complexes de ces matières à l’échelle nanométrique doivent être directement inspectés et vérifiés à des échelles de longueur correspondant à leurs dimensions intrinsèques proches de l’atome. Simultanément, les informations et connaissances structurelles obtenues doivent être facilement traduites à des échelles beaucoup plus grandes où des outils de caractérisation supplémentaires ne sont pas nécessaires pour la clarification et la compréhension.

De nombreuses études ont été menées pour préparer des nanostructures à partir de diverses méthodes telles que le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), l'évaporation thermique et les méthodes de thermosolution12,13,14,15,16,17,18. Ensuite, différents types de nanostructures ont été développés sous la forme de nanofils, de nanorubans, de nanofeuilles et de nanoparticules. Bien que les technologies de fabrication nanostructurelles aient été considérablement développées, les nanomatériaux préparés ont tendance à s'agglomérer parmi les structures nanométriques, atténuant ainsi les performances intrinsèques des nanomatériaux19,20,21,22,23. Ainsi, des structures hétérogènes, telles que la structure noyau/coquille et la modification de surface, ont été étudiées pour maintenir et améliorer davantage la fonctionnalité des nanomatériaux16,17,18,24,25,26,27. Diverses nanostructures et leurs méthodes de fabrication évoluent continuellement dans des structures hétérogènes avancées, les méthodes nécessitent cependant des processus compliqués et exquis. La microscopie électronique à transmission (TEM) est un outil typique pour caractériser les structures à l'échelle quasi atomique, capturant des nanomatériaux projetés en deux dimensions (2D). La technologie de mesure aide l’inspection des nanomatériaux à se rapprocher davantage des échelles atomiques. L’utilisation de cette technologie constituerait donc une stratégie complémentaire pour fabriquer des nanostructures avancées28,29.