O apoio financeiro da divisão de Ciências Químicas da Organização Holandesa para Pesquisa Científica (NWO-CW), no âmbito do programa TOP é reconhecido.

Segmentado Ag | Formação ZnO Nanowire em PCTE Membranas 1. PCTE Membrane Preparação para Templated Electrodeposition <ol><li> Escolher uma membrana de policarbonato-gravadas pista com um diâmetro de poro externa de 200 nm e uma espessura de 6 um (Figura 2a). O diâmetro da membrana utilizada aqui é de 25 mm. </li><li> Por pulverização catódica, uma camada de ouro na parte de trás da membrana (Figura 2b). Neste caso, uma pressão de deposição de 2 x 10 -2 mbar foi usado com Ar como sputtering gás. Use uma taxa de deposição lenta de ~ 13 nm / min. NOTA: Esta camada Au será usado como contato elétrico durante eletrodeposição. </li><li> Use fita adesiva dupla face para prender uma pequena lâmina de vidro (1,4 x 2,1 centímetros) na parte superior do lado revestido de ouro da membrana. Por isso, colocar quatro pequenas tiras de fita adesiva de dupla face ao longo dos bordos das lâminas de vidro (Figura 2c). NOTA: Certifique-se que a membrana é tão suave quanto possível, sem qualquerdobras ou rugas. Esta lâmina de vidro é usado para assegurar a electrodeposição selectiva no interior dos poros da membrana. </li><li> Cole um pequeno pedaço de fita de cobre na parte da membrana que se estende a partir da lâmina de vidro para a estabilidade mecânica. Uma vez que a fita de cobre é a condução, o grampo crocodilo de o eléctrodo de trabalho pode ser ligado à fita de cobre. </li><li> Se necessário, a melhorar a adesão da membrana à placa de vidro, colocando fita de teflon em torno das bordas. NOTA: Para deposições à temperatura ambiente a adesão da fita adesiva de dupla face é geralmente suficientemente fortes, mas a temperaturas elevadas, é recomendado o uso de fita de Teflon bem. </li></ol> . 2 Eletrodeposição de Ag | ZnO Nanofios <ol><li> Preparação do segmento Ag <ol><li> Prepara-se uma solução aquosa contendo 0,20 M de AgNO 3 (1,70 g por 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g por 50 ml). Ajustar o pH para 1,5 usando HNO 3. </li><li> Coloque o preparadomembrana em conjunto com um contra-eléctrodo de Pt e um eléctrodo de referência de Ag / AgCl (3 M KCl) na solução, como preparada. </li><li> Aplicar um potencial de 0,10 V vs eletrodo de referência Ag / AgCl para 30 seg (Figuras 2d e 2e). NOTA: Apesar de todos os software potenciostato será diferente, todos os programas devem ter linhas de entrada, como &quot;set potencial&quot; e &quot;duração&quot;, onde esses valores podem ser preenchidos por favor consulte o manual do potenciostato e incluiu o software para mais detalhes. </li><li> Pegue os eletrodos da solução e lave-os com água Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparação do segmento ZnO <ol><li> Prepara-se uma solução aquosa contendo 0,10 M de Zn (NO 3) 2-6H 2 O (1,49 g por 50 ml). </li><li> Aquece-se a solução a 60 ° C usando um banho de água, e colocar a membrana contendo o segmento de Ag em conjunto com um contra-eléctrodo de Pt e um eléctrodo de referência de Ag / AgCl na solução aquecida. </li><li&gt; Aplicar um potencial de -1,00 V vs eletrodo de referência Ag / AgCl para 20 min (Figuras 2d e 2e). NOTA: Apesar de todos os programas potenciostato será diferente, todos devem ter linhas de entrada como &quot;set potencial&quot; e &quot;duração&quot;, onde esses valores podem ser preenchidos por favor consulte o manual do potenciostato e incluiu o software para mais detalhes. </li><li> Pegue os eletrodos da solução e lave-os com água Milli-Q. </li></ol></li><li> Repetir este procedimento para se obter 4x nanofios suficientes para sinal significativo a partir do sensor de H 2. </li></ol> 3. Extração dos nanofios e Transferência de solução aquosa <ol><li> Corte a membrana contendo os nanofios da lâmina de vidro. </li><li> Transferir esta parte da membrana para um tubo de centrífuga de polipropileno. </li><li> Adicionar aproximadamente 2 mL de CH 2 Cl 2 para dissolver a membrana PCTE e libertar os nanofios na solução. Após cerca de 30 min, a membranadeve ser completamente dissolvido (figuras 2f e 2g). </li><li> Aplique uma pequena gota da solução de CH 2 Cl 2 contendo nanofios sobre uma pequena lâmina de silício para análise em MEV. </li><li> Centrifugar a solução obtida a ~ 19.000 xg durante 5 minutos, remover o excesso de CH 2 Cl 2, e adicionar CH 2 Cl 2 fresco. Repetir o processo de pelo menos 3x a certeza de que todos policarbonato foi removido. </li><li> Afinal de policarbonato foi removido, adicionar água Milli-Q para os nanofios, após remoção do excesso de CH 2 Cl 2. Repetir a centrifugação, pelo menos 3x novamente para substituir completamente todos CH 2 Cl 2 por água Milli-Q. </li></ol> Formação Coaxial TiO 2-Ag Nanowire em AAO Membranas 4. AAO Membrane Preparação para Templated Electrodeposition <ol><li> Tomar uma membrana AAO com um tamanho de poro de 200 nm, e a espessura de 60 um ( <strong&gt; Figura 2a). O diâmetro da membrana utilizada aqui é de 13 mm. </li><li> Por pulverização catódica, uma camada de ouro na parte de trás da membrana (Figura 2b). Neste caso uma pressão de deposição de 2 x 10 -2 mbar foi usado com Ar como sputtering gás. Use uma taxa de deposição lenta de ~ 13 nm / min. NOTA: Esta camada Au será usado como contato elétrico durante eletrodeposição. </li><li> Prenda as membranas AAO a uma lâmina de vidro Au-revestido em uma configuração como na Figura 2h usando fita teflon. NOTA: Para assegurar a electrodeposição selectiva no interior dos poros da membrana, a membrana AAO precisa de ser ligado a uma pequena placa de vidro com uma configuração diferente das membranas PCTE, porque as membranas AAO são demasiado frágeis para conexão com um grampo crocodilo. Quando uma lâmina de vidro de 3,0 x 2,5 cm é usado, duas membranas podem ser utilizados de uma só vez. </li><li> Coloque um pequeno pedaço de fita de cobre por parte Au revestido da lâmina de vidro para facilitar o manuseio ao conectar o electrodes. </li></ol> 5. Electrochemical Deposição de TiO2-Ag Nanofios <ol><li> Preparação de um gel de TiO2 <ol><li> Prepara-se uma solução aquosa contendo 0,02 M TiOSO 4 (0,16 g por 50 ml), 0,03 MH 2 O 2 (0,13 mL por 50 ml), 0,05 M de HNO3 (0,15 ml por 50 ml), e 0,25 M de KNO 3 (1,26 g por cada 50 mL). </li><li> Colocar a membrana preparada em conjunto com um contra-eléctrodo de Pt e um eléctrodo de referência de Ag / AgCl (3 M KCl) na solução, como preparada. </li><li> Aplicar um potencial de -1,0 V vs eletrodo de referência Ag / AgCl para 3,5 horas (Figuras 2d e 2e). NOTA: Apesar de todos os software potenciostato será diferente, todos os programas devem ter linhas de entrada, como &quot;set potencial&quot; e &quot;duração&quot;, onde esses valores podem ser preenchidos por favor consulte o manual do potenciostato e incluiu o software para mais detalhes. </li><li> Pegue os eletrodos da solução e não lavara membrana com água Milli-Q, porque o gel de TiO 2 ainda é solúvel em água. Os outros eléctrodos pode ser enxaguada com água Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparação de coaxiais nanofios TiO 2-Ag <ol><li> Termicamente emparelhar as membranas com gel de TiO 2, em um forno a 650 ° C durante 2 horas ao ar. </li><li> Recoloque as membranas a um vidro revestido de ouro slide. </li><li> Prepara-se uma solução aquosa contendo 0,20 M de AgNO 3 (1,70 g por 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g por 50 ml). Ajustar o pH para 1,5 usando HNO 3. </li><li> Colocar a membrana preparada em conjunto com um contra-eléctrodo de Pt e um eléctrodo de referência de Ag / AgCl (3 M KCl) na solução, como preparada. </li><li> Aplicar um potencial de 0,10 V vs eletrodo de referência Ag / AgCl para 1,5 min (Figuras 2d e 2e). NOTA: Apesar de todos os software potenciostato será diferente, todos os programas devem ter linhas de entrada como &quot;pote definirntial &quot;e&quot; duração &quot;, em que esses valores podem ser preenchidos por favor consulte o manual do potenciostato e incluiu o software para mais detalhes. </li><li> Pegue os eletrodos da solução e lave-os com água Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparação de nanopartículas de Ag incorporados em TiO 2 nanotubos <ol><li> Aquecer as membranas durante a noite com o gel de TiO2 a 100 ° C. </li><li> Prepara-se uma solução aquosa contendo 0,20 M de AgNO 3 (1,70 g por 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g por 50 ml). Ajustar o pH para 1,5 usando HNO 3. </li><li> Colocar a membrana preparada em conjunto com um contra-eléctrodo de Pt e um eléctrodo de referência de Ag / AgCl (3 M KCl) na solução, como preparada. </li><li> Aplicar um potencial de 0,10 V vs eletrodo de referência Ag / AgCl para 1,5 min (Figuras 2d e 2e). NOTA: Apesar de todos os software potenciostato será diferente, todos os programas devem ter linhas de entrada gostar &quot;definir potencial &quot;e&quot; duração &quot;, em que esses valores podem ser preenchidos por favor consulte o manual do potenciostato e incluiu o software para mais detalhes. </li><li> Pegue os eletrodos da solução e lave-os com água Milli-Q. </li></ol></li><li> Repetir este procedimento para se obter pelo menos 10 membranas preenchidas com nanofios / nanotubos para obter material suficiente para o sinal significativo a partir do sensor de H 2. </li></ol> 6. Extração de nanotubos e nanofios <ol><li> Corte a membrana contendo os nanotubos ou nanofios da lâmina de vidro. </li><li> Transferir esta parte da membrana para um tubo de centrífuga de polipropileno. </li><li> Adicionar ~ 2 ml de uma solução aquosa contendo NaOH a 1,0 M para dissolver a membrana AAO e libertar os nanotubos ou nanofios na solução. Após cerca de 2 horas, a membrana deve ser completamente dissolvido (Figuras 2f e 2g). </li><li> Centrifugar a solução obtida a ~ 19.000 xg durante 5 min, remover o excesso de solução de NaOH, e adicionar fresco de água Milli-Q. Repetir o processo de pelo menos 3x a certeza de que todos NaOH foi removida. </li><li> Afinal de NaOH foi removida, a suspensão aquosa pode ser utilizado para experiências de formação de H 2. </li><li> Alternativamente, adicionar CH 2 Cl 2 ou outro solvente volátil para os nanotubos e nanofios, após remoção do excesso de água para a visualização dos nanotubos preparados ou nanofios com SEM. Repetir a centrifugação, pelo menos 3x a substituir completamente toda a água pelo solvente volátil. Depositar uma pequena gota de solução contendo nanotubos ou nanofios para uma pequena lâmina de silício. </li></ol> H 2 Experiências Formação 7. Preparação do sensor Hidrogénio <ol><li> Tome um sensor de hidrogênio baseado em Pd. </li><li> Colocar o sensor dentro de uma ficha NS que se encaixa no topo de um tubo de quartzo. </li><li> Ligue o sensor a uma ponte de Wheatstone padrão como ilustradona Figura 3. </li></ol> 8. Formação Hydrogen Photocatalytic <ol><li> Coloque a solução aquosa nanofio num tubo de quartzo 72 ml. Adicionar mais água, até um total de 10 ml de água é no interior do tubo de quartzo. Em seguida, adicionar 40 ml de metanol. </li><li> Comece a gravar o sinal do sensor baseado H 2 Pd antes da sua colocação na parte superior do tubo de quartzo e monitorizar a variação do sinal. </li><li> Após cerca de 200 segundos de sinal estáveis, colocar o sensor de H 2 na parte superior do tubo de quartzo, enquanto, simultaneamente, ligando a fonte de luz ultravioleta para iniciar a medição real. NOTA: Nestas experiências, a fonte de UV foi colocado a cerca de 10-15 cm de distância a partir da amostra. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.
The author, Eddy J.B. Rodijk is currently an employee of Twente Solid State Technology B.V., The Netherlands.
The author, Michiel G. Maas is currently an employee of Henkel AG &amp; Co. KGaA, Germany.

Muito importante na electrodeposição de modelo de nanofios é o isolamento do lado de trás do eléctrodo de ouro vaporizada na parte superior da membrana. Sem isolamento, o material preferencialmente depositar sobre a superfície de ouro no lado de trás da membrana, em vez de no interior dos poros. Isto é porque a difusão de iões de um eléctrodo plano é muito mais rápido do que a difusão para dentro dos poros da membrana. Outra desvantagem de deposição em ambos os lados do eléctrodo de ouro é que a A curva obtida não pode ser relacionado com a quantidade e duração da nanofios depositados. Na Figura 4, várias fases pode ser identificado para a deposição de Ag segmento (a) ou do núcleo de Ag (b). A primeira etapa de todas as experiências a electrodeposição é o carregamento de dupla camada eléctrica, que é acompanhado por um aumento súbito da corrente que diminui lentamente à medida que a camada dupla eléctrica alcança o seu equilíbrio. À medida que a membrana po PCTEres de Whatman ter uma forma de um cigarro, a corrente aumenta na segunda fase, a área da superfície de deposição aumenta, levando à deposição de mais material ao mesmo tempo, e de fornecimento de reagentes mais rápido desde a superfície do nanofio se aproxima do entrada dos poros da membrana. Na terceira fase, a mudança na área de superfície é mínima, o que leva a uma inclinação mais pequena do aumento da corrente uma vez que apenas o efeito de fornecimento de reagente mais rápido é visível nesta fase. Por favor note que, no caso de depósito de nanofios segmentados contendo tanto um metal e um segmento de óxido, a fim de electrodeposição no interior dos poros devem ser determinadas tendo a solubilidade das fases depositadas na solução do outro explicitamente em conta. Neste caso, o segmento de Ag foi depositado antes do segmento de ZnO como ZnO iria dissolver-se na solução ácida de AgNO 3. No caso da formação de um nanofio segmentado contendo um metal nobre e um menor num Oble, por exemplo, Pt e Ni, a reacção de substituição galvânica de Ni por Pt devem ser tidos em conta. Esta reação de substituição galvânica pode ser suprimida por meio de um sobrepotencial maior como discutido em uma publicação anterior 54. A escolha para a utilização de um ou outro PCTE ou membranas AAO para nanofio ou síntese de nanotubos é geralmente baseada em se ou não uma etapa de tratamento térmico é desejada para o material de escolha. Sem a necessidade de um passo de recozimento, membranas PCTE são mais fáceis de manipular e relativamente boas membranas podem ser obtidos comercialmente. Para alta temperatura de recozimento, é necessária a utilização de membranas de AAO. Estas membranas não são tão flexíveis como as membranas de policarbonato e são muito quebradiços. Algumas membranas AAO comerciais estão disponíveis, mas a qualidade de membranas AAO caseiros usando uma anodização 2-passo é muito melhor. Por isso, várias receitas estão disponíveis 55,56. O H-based Pd2 </sub&gt; Sensor utilizado neste estudo é um método fácil e relativamente barato para determinar se H 2 foi formada ou não. Infelizmente, não é adequada para medições quantitativas devido à sua sensibilidade cruzada a solventes voláteis como o metanol, a incapacidade intrínseca para detectar H 2 dissolvido em solução de metanol / água, e a sua resposta não-linear como pode ser visto na forma das curvas na Figura 8. medições quantitativos podem ser realizados numa configuração com uma entrada de GC ligado ao espaço de cabeça por cima da mistura de metanol / água, que é um equipamento especial, que não está disponível em todos os laboratórios. H formação 2 usando Ag | nanofios de ZnO tipicamente cessaram após ~ 48 horas de iluminação UV como evidenciado pela formação de bolhas de gás encerrado. A razão para esta perda de actividade é photocorrosion de ZnO de acordo com a seguinte reacção de 57-60: ZnO + 2h + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8) Uma imagem SEM de photocorroded Ag |. Nanofios de ZnO é mostrado na Figura 9 Tal como pode ser visto a partir desta figura, a superfície do segmento de ZnO tornou-se muito mais rugosa à iluminação de UV em comparação com os fios como sintetizados da Figura 5 Quando a suspensão outra. lote de Ag | nanofios de ZnO na mesma solução no escuro por 48 horas, nenhum sinal de corrosão foi encontrado. Isto confirmou que a corrosão observadas na verdade resultou photocorrosion e não contra a corrosão electrolítica. Na literatura, vários métodos têm sido relatados para a inibição de ZnO photocorrosion, incluindo hibridação de nanopartículas de ZnO com uma monocamada de polianilina ou C 60 e enxerto de ZnO nanorods em TiO 2 nanotubos 59,61,62. Eletrodeposição de modelo de nanofios axialmente ou radialmente segmentadas é uma plataforma perfeita para a deposição de multisegmentar nanowires que são capazes de levar a cabo mais do que uma função ao mesmo tempo, em que Ag | segmentos ZnO podem ser aplicados como elementos de fotocatálise. Em publicação anterior, uma imagem SEM de um único nanofio contendo seis segmentos foi introduzido: Pt | Au | Pt | Ni | Ag | ZnO. Tal nanofio poderia ser utilizada para o movimento autónomo (Pt | Au | Pt), a direcção magnética (Ni) e formação fotocatalítico H 2 (Ag | ZnO) 53. Em resumo, um protocolo simples para a síntese de segmentado Ag | nanofios de ZnO e coaxiais nanofios TiO 2-Ag por electrodeposição de modelo é fornecido. Um método semi-quantitativo para determinar a actividade fotocatalítica de tais nanofios foi demonstrada utilizando a conversão catalítica do metanol e água em H 2 e CO 2 sob iluminação UV. Prevê-se que estes nanofios de óxido de metal-metal podem ser utilizados em nanofios multifuncionais e outros dispositivos de nanofios.

Devido às suas pequenas dimensões e grande relação de superfície-para-volume, a nanofios são objectos unidimensionais muito promissoras, que podem ser utilizados em uma grande variedade de aplicações biomédicas e de nanotecnologia 1. Na literatura, muitos nanofios contendo um componente único com propriedades funcionais têm sido relatadas 2-7. Mas quando vários materiais (metais, polímeros e óxidos metálicos) são incorporadas em seqüência dentro de um único nanofio, nanofios multifuncionais podem ser feitas 8, 9. Quando vários segmentos estão conectados dentro de um único nanofio, propriedades funcionais pode parecer que não estavam presentes quando foram usados ​​apenas os segmentos individuais. Por exemplo, nanomotors contendo Au e Pt segmentos dentro de um único nanofio foram notificados que se movia de forma autônoma quando colocado em água oxigenada 4. Técnicas adequadas para a formação de nanofios multisegmented são infiltração e eletrodeposição de modelo &lt;sup&gt; 8, 9. Em 1987, Penner e Martin foram os primeiros a publicar o uso de eletrodeposição modelada para a formação de nanofios de Au em membranas de policarbonato 10. Desde então, muitos outros pesquisadores começaram a usar eletrodeposição de modelo para a síntese de nanofios com diferentes dimensões, usando membranas de policarbonato gravadas a trilha (PCTE) ou óxido de alumínio anodizado (AAO) e modelos de membranas 11. As vantagens da utilização de electrodeposição de modelo para a síntese de nanofios são a sua natureza de baixo custo como a electrodeposição é usualmente efectuada sob condições suaves, a possibilidade de formar os nanofios de ambos os metais, óxidos metálicos e / ou polímeros, e a sua capacidade para criar uma réplica exacta do negativo o modelo utilizado 11. Além disso, nanofios segmentadas podem ser formadas por deposição sequencial de duas ou mais fases distintas, e quando um nanotubo de uma das duas fases podeser feito por electrodeposição modelado, nanofios coaxiais contendo duas fases diferentes pode ser feita. Os óxidos metálicos podem ser electrodepositados quando os respectivos iões metálicos são insolúveis em soluções aquosas com pH elevado. Para o oxigênio necessário, três precursores diferentes podem ser usados, ou seja, íons nitrato 12-15, peróxido de hidrogênio 13, 16, 17 e 18 de oxigênio molecular. Com a utilização de iões de nitrato, tal como no presente protocolo, a aplicação de um potencial mais negativo do que -0,9 V vs Ag / AgCl leva a um aumento do pH localmente por redução de nitrato no cátodo 19, 20: NO 3 - + H2O + 2e - → NO2 - + 2OH -. (1) Quando a solução de electrólito é aquecida a 60-90 ° C, nanofios de ZnO formarão de zin precipitadoc hidróxido: Zn 2 + + 2OH - → ZnO + H 2 O. (2) Após a aplicação de um potencial ao eléctrodo de trabalho, o qual está posicionado na parte inferior do poro na electrodeposição de modelo, o pH dentro do poro é localmente aumentada, resultando na formação de nanofios local. Desde ZnO é um semicondutor do tipo n, as reacções (1) e (2) pode continuar na interface ZnO / electrólito, resultando na formação de um sólido cristalino e densas de nanofios de ZnO 21, 22. Existem vários métodos para a síntese de TiO 2 nanotubos, mas para a formação de uma estrutura coaxial, utilizando um processo de electrodeposição sequencial, o método de sol-gel induzida electroquimicamente é mais adequado. Este método de eletrodeposição catódica de TiO 2 filmes foi introduzido pela primeira vez por Natarajan et al., Em 1996, 23. E foi further melhorada por Karuppuchamy et ai, em 2001, 19, 24.. Usando este método, oxissulfato de titânio (TiOSO 4) em pó é dissolvido numa solução aquosa de peróxido de hidrogénio (H 2 O 2) mediante a formação de um complexo peroxotitanate (Ti (O 2) SO 4): TiOSO 4 + H 2 O 2 → Ti (O 2) SO 4 + H 2 O. (3) Para potenciais mais negativos do que -0,9 V vs Ag / AgCl, o pH na superfície do eléctrodo é aumentada pela redução de nitrato (reacção de (1)), formando um gel de hidróxido de titânio 19, 20: Ti (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H2O → TiO (OH) 2 xH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4) Natarajan et al. análise térmica diferencial usada para descobrir que a água é removida a partir de gel em torno de 283 ° C durante o tratamento térmico, o que resulta na formação de uma fase amorfa de TiO 2 23. Para uma película plana, cristalização na fase anatase ocorre quando a temperatura é aumentada acima de 365 ° C, 23, 25, enquanto que a cristalização ocorre a uma temperatura entre 525 e 550 ° C, quando um modelo de AAO é usado 25. TiO (OH) 2 xH 2 O · → TiO 2 + (x +1) H 2 O. (5) O diâmetro de poro do molde AAO utilizado determina se um nanofio sólido ou de nanotubos de aberta irá ser formada. A deposição de um modelo com um pequeno diâmetro de poro (~ 50 nm), resulta na formação de nanofios 20, 26, durante a aplicação do mesmo método no interior de uma poro com diâmetro maior (~ 200 nm) resultaformação de nanotubos de 25. Isso ocorre porque o colapso gel pode ter lugar após a remoção do excesso de água. No início de 1970, Fujishima e Honda foram os primeiros a publicar um sistema para a separação da água direto sob a luz UV, o que foi realizado por um eletrodo rutilo acoplado a um eletrodo de platina 27, 28. Desde então, mais de 130 materiais semicondutores foram identificados como fotocatalisadores 29-31. Destes, o dióxido de titânio, 32-36, 37-40 de óxido de zinco, óxido de ferro e 41, 42 estão entre os materiais mais intensivamente estudados. O rácio de superfície-para-volume desses materiais pode ser drasticamente aumentada quando nanopartículas ou nanofios são usados, tendo em vista melhorar a eficiência fotocatalítica 29, 30, 43-49. Para a construção de fotocatalítico Ag | nanofios de ZnO, ZnO, que é um n-tip fotoactivoe semicondutores, estava conectado com Ag via eletrodeposição seqüencial dentro do mesmo modelo 50. Dentro de uma única nanofio tal, o fotoanodo ZnO e Ag cátodo estão directamente acoplados, sem a necessidade de um circuito externo que liga os eléctrodos, o que está em contraste com a situação em células foto-electroquímica convencionais. Isto simplifica a arquitectura do dispositivo consideravelmente e aumenta a eficiência de redução de perdas ôhmica no sistema. Segmentos de ZnO e AG foram acoplados uma vez que a afinidade eletrônica de ZnO (4,35 eV contra vácuo) é muito próximo da função de trabalho de Ag (4,26 eV contra vácuo). Isto induz a formação de uma barreira Schottky entre ambas as fases 51, que permite que elétrons excitados na banda de condução do ZnO flua para Ag, mas não vice-versa, proibindo assim a chance de recombinação elétron-buraco 52. A fase wurtzite ativa de ZnO pode ser já formado em 60-90 ° C, que fornece uma maneira fácil e rentável de nanowformação ira. Isto está em contraste com a maioria dos outros óxidos fotoactivos que requerem um passo de recozimento intermédio a temperaturas elevadas, quando feita através de electrodeposição catódica. A conversão de metanol e água em hidrogénio e dióxido de carbono foi usado como uma reacção modelo para demonstrar a utilização de um nanofio segmentado contendo um metal e uma fase de óxido de metal para a H 2 autónoma formação sob a influência da luz ultravioleta. Neste experimento, o metanol é utilizado como agente de limpeza do furo que é oxidado a CO2 no segmento de ZnO, na sequência da reacção líquida CH 3 OH + H2O + 6H + → CO 2 + 6H +, (6) onde h + representa um buraco de elétron. Os protões formadas no segmento de ZnO são reduzidos a H 2 na superfície da Ag, a seguir à reacção 2H + + 2e -594; H 2. (7) Uma vez que o total de energia necessária para as reacções (6) e (7) é muito menor do que a lacuna da banda de ZnO (0.7 e 3.2 eV, respectivamente), este processo pode realizar-se sem a necessidade de uma fonte externa de energia. Este processo é ilustrado esquematicamente na Figura 1. Neste protocolo, os procedimentos experimentais de electrodeposição modelada para a formação de nanofios segmentados e coaxiais que contêm tanto um metal e uma fase de semicondutor são explicados. Um processo para a formação de segmentado Ag | nanofios de ZnO é descrito, bem como a formação de TiO 2 nanotubos e sua subsequente enchimento com Ag para originar coaxiais nanofios TiO 2-Ag. Além disso, a actividade fotocatalítica do Ag | nanofios de ZnO é demonstrado através da conversão de uma mistura de metanol / água em H 2 e CO 2 de gás, após irradiação com luz UV utilizando uma base de Pd-sensor para detecção de H 2. A ênfase deste protocolo é sobre a preparação e caracterização de dois fotocatalítico de óxido de metal de forma diferente segmentado | módulos de metal de nanofios, e um tratamento mais aprofundado e um exemplo de um nanofio multifuncional pode ser encontrada em outro lugar 53. A reação de decomposição da água que foi empregado usando os coaxiais nanofios TiO 2-AG também pode ser encontrada em outro lugar 25.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="839">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Silver Nitrate (AgNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">419351000</td>
			<td style="width:167px;">99+%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Boric Acid (H3BO3)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">202878-500G</td>
			<td style="width:167px;">99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Nitric Acid (HNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">124660010</td>
			<td style="width:167px;">65%</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:279px;">Zinc Nitrate Hexahydrate (Zn(NO3)2&#183;6H2O)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">228737-500G</td>
			<td style="width:167px;">98%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Dichloromethane (CH2Cl2)</td>
			<td style="width:195px;">Merck (Boom)</td>
			<td style="width:199px;">51006050100</td>
			<td style="width:167px;">99%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Titanium oxysulfate (TiOSO4)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">333980-500G</td>
			<td style="width:167px;">Synthesis grade</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Hydrogen peroxide (H2O2)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">349887-500ML</td>
			<td style="width:167px;">35%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Nitric acid (HNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">124660010</td>
			<td style="width:167px;">65%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Potassium nitrate (KNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">P/6040/60</td>
			<td style="width:167px;">&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">20606-0025</td>
			<td style="width:167px;">&#62;98%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Methanol (CH3OH)</td>
			<td style="width:195px;">Merck</td>
			<td style="width:199px;">1060121000</td>
			<td style="width:167px;">Dried &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Polycarbonate membranes 200 nm</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:199px;">09-300-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anopore AAO membranes 200 nm</td>
			<td style="width:195px;">VWR</td>
			<td style="width:199px;">514-0523</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Sputtering system</td>
			<td style="width:195px;">Perkin-Elmer</td>
			<td style="width:199px;">Model 2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Microscope glass slides (Menzel)</td>
			<td style="width:195px;">VWR</td>
			<td style="width:199px;">631-0704</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Autolab potentiostat with</td>
			<td rowspan="3" style="width:195px;">Metrohm-Autolab</td>
			<td style="width:199px;">PGSTAT 128N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">- Pt sheet counter electrode</td>
			<td style="width:199px;">PT.SHEET</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">- Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode</td>
			<td style="width:199px;">60,733,100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Polypropylene Nunc centrifuge tubes</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:199px;">12-565-286C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:195px;">Hermle</td>
			<td style="width:199px;">Z36HK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Pd-based hydrogen sensor</td>
			<td style="width:195px;">Kebaili</td>
			<td style="width:199px;">KHS-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">4x 15W Hg lamp UV source</td>
			<td style="width:195px;">Philips</td>
			<td style="width:199px;">Philips original home solaria</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and use of photocatalytically active segmented ag|zno and coaxial tio2-ag nanowires made by templated electrodeposition

Nanoestruturas fotocataliticamente ativos requerem uma grande área de superfície específica com a presença de muitos sítios cataliticamente ativos para as reações de oxidação e redução a metade, e de elétrons rápido (buraco) difusão e separação de carga. Nanofios apresentar arquiteturas adequadas para atender a esses requisitos. Axialmente segmentado Ag | ZnO e radialmente segmentadas nanofios (coaxial) TiO 2-Ag com um diâmetro de 200 nm e um comprimento de 6-20 mM foram feitos por electrodeposição modelada no interior dos poros do óxido de alumínio (PCTE) ou anodizado gravadas a faixa de policarbonato (AAO) membranas, respectivamente. Nos experimentos de foto, os ZnO e TiO 2 fases atuou como fotoanodos e Ag como cátodo. No circuito externo é necessário para conectar os dois eléctrodos, o que é uma grande vantagem sobre as células foto-eletroquímica convencionais. Para fazer segmentado Ag | nanofios de ZnO, o electrólito de sal de Ag foi substituída após a formação do segmento de Ag para formar um segmento de ZnOttached ao segmento Ag. Para fazer coaxiais nanofios TiO 2-Ag, num gel de TiO 2 foi formada pelo método de sol-gel induzida electroquimicamente. A secagem e o tratamento térmico do que formado TiO2 gel resultou na formação de cristalina de TiO 2 nanotubos. Um posterior passo de electrodeposição Ag no interior dos nanotubos de TiO 2 resultou na formação de coaxiais nanofios TiO 2-Ag. Devido à combinação de um semicondutor do tipo n (ZnO ou de TiO 2) e um metal (Ag) no mesmo nanofio, uma barreira Schottky foi criado, na interface entre as fases. Para demonstrar a actividade catalítica destes nanofios, Ag | nanofios de ZnO foram utilizados num experimento fotocatalítico em que foi detectado gás H2 à iluminação de UV dos nanofios dispersos numa mistura de metanol / água. Após 17 min de iluminação, de aproximadamente 0,2% em volume de H2 gasoso foi detectada a partir de uma suspensão de 0,1 g de ~ Ag | ZnOnanofios de uma solução aquosa de metanol a 50 ml de 80% em volume.

Durante a electrodeposição, a corrente que é medido entre os eléctrodos de trabalho e de contador pode ser visualizado numa É curva. Como a corrente é diretamente relacionada com a quantidade de material depositado via lei de Faraday, a corrente observada é uma indicação importante de como a deposição prossegue. Ele curvas típicas para a deposição de Ag | ZnO e TiO2-Ag nanofios são mostrados na Figura 4 imagens típicas SEM de Ag |. Nanofios de ZnO, TiO2 nanotubos, nanofios um coaxial TiO2-Ag e nanotubos de TiO2 / Ag podem ser encontrada na Figura 5 e Figura 6, respectivamente. Usando o método de sol-gel induzida electroquimicamente para a deposição de um gel de titânio no interior do molde e por electroforese sequencial de Ag pode resultar em duas estruturas diferentes, dependendo da temperatura usada para secar o gel. A secagem do gel durante a noite a 100 ° C resulta em condensation do gel, impedindo-a de redissolver em água. Uma vez que nenhuma forma tubular denso ainda formada a esta temperatura, os núcleos de Ag são depositados no interior do gel de óxido de titânio. Recozimento subsequente a 650 ° C resulta na formação de nanopartículas de Ag incorporados numa TiO 2 nanotubo (Figura 6c), uma vez que o colapso do gel de óxido de titânio faz com que as nanopartículas de Ag para ser transportado para as paredes dos poros. Em contraste, o recozimento a alta temperatura do gel de óxido de titânio antes da electrodeposição Ag leva à formação de um sólido de TiO 2 nanotubos. Neste caso, nanofios Ag pode ser depositado no interior destes tubos, que conduz à formação de nanofios TiO 2-Ag com uma arquitectura coaxial (Figura 6b). A atividade da Ag segmentado | nanofios de ZnO em separação da água fotocatalítico pode ser investigado usando uma solução de metanol / água sob iluminação UV, onde metanol age como um limpador buraco. A técnica simple método para detectar a evolução de hidrogénio gasoso a partir da solução é obtida por colocação de um sensor de H 2 directamente acima da solução (Figura 7). Esta experiência só detecta a quantidade de H 2 de atingir o sensor, de modo que a quantidade real de H formada 2, pode ser mais elevado como alguns H 2 permanecerá dissolvido na fase de metanol / água. O sinal detectado pelo sensor é mostrada na Figura 8a. Figura 8b mostra o mesmo sinal depois da transformação para o período de formação real H 2. Quando a fonte de luz UV foi ligado (t = 17,5 min na Figura 8a), o sinal cai substancialmente, devido à sensibilidade à luz do sensor. Logo após essa queda de sinal, inicia a reacção e, por conseguinte, neste momento foi definida como a t = 0 min na Figura 8b, e o correspondente sinal foi definido como 0 V. Durante a exposição à radiação UV do tubo de ensaio, foi também visível que as pequenas de gás bubbles foram formados. Uma vez que o sensor usado é ligeiramente cruzada sensível a metanol, a medição de uma amostra de referência sem nanofios também foi incluído. Durante iluminação UV, a Figura 8 mostra que o sinal a partir da amostra com nanofios é maior do que a do sinal a partir da amostra de referência. O aumento em potencial é uma medida relativa para a quantidade de H 2 gasoso que se forma e se desenvolve a partir da solução. De modo a dar uma estimativa quantitativa da quantidade de H 2 evoluído, a resposta de potencial do sensor a partir das experiências catalíticas foi comparada com a sua resposta num 4 vol% de H 2 em N 2 fluxo de gás. A partir da comparação, estimou-se que 17 min de iluminação UV do Ag | nanofios de ZnO, resultou na formação de cerca de 0,2% em volume de H 2 no volume de gás acima da solução. Desde ~ foi utilizado 0,1 g de nanofios, este equivale a uma taxa de evolução de H2 de 6,92 x 10<html> -6 Mol / h · g. Como referência, também foram realizados experimentos com monofásicos ZnO ou Ag nanofios. Estas experiências, não mostrados aqui, não deu qualquer indicação de formação de H 2; nem de formação de bolhas de gás nem de sinal do sensor. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1 princípio de funcionamento segmentado Ag | ZnO nanofio na separação da água fotocatalítico:. (A) representação esquemática, e (b) diagrama de energia. Quando a luz UV é absorvida pelo segmento de ZnO, um par de electrões-furo é formado. Os elétrons como formados fluir para a fase Ag onde eles são consumidos em uma redução de semi-reação eletroquímica. As estadias furo no segmento ZnO onde é consumida num meio de reacção oxidativa.obter = &quot;_blank&quot;&gt; Clique aqui para ver imagem ampliada. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Representação esquemática das etapas consecutivas, feitas para a síntese de nanofios. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Circuito de operação típica do sensor de H 2 com ponte de Wheatstone. Neste esquema, o pino 1 a 4 referem-se a fiação do sensor (pino 1 é preto, o pino 2 é azul, o pino 3 é o branco, o pino 4 é marrom ), R h representa a resistência do aquecedor (150 ± 50 Ω), R r é a resistência de referência (1.500 ± 500 Ω), Rs é a resistência do sensor (1, 000 ± 250 Ω). O sensor está ligado a uma fonte de alimentação de 12 V, de forma que 0,5 a 1,0 V é aplicada ao aquecedor e 2,7 V é aplicada à ponte de Wheatstone. Usaída está ligado ao multímetro / potenciostato. A resistência ao lado do pino 2 é variável e pode ser adaptado a fim de obter uma linha de base apropriado. <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4, as curvas típicas de (a) Ag |.. Deposição de ZnO nanofio, e (b) TiO 2-Ag nanofio deposição As inserções mostram uma curva alargada da deposição do segmento de Ag (a) ou Ag núcleo (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver imagem ampliada.</a> Imagem Figura 5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) de ZnO axialmente segmentado |. Nanofios de Ag. <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. SEM imagens de (a) TiO 2 nanotubos, (b) coaxial nanofio TiO2-Ag e (c) os nanotubos de TiO2 / AG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver imagem ampliada.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Configuração típica para a detecçãode H 2 gás liberto a partir de nanofios fotocatalítica. H 2 O sensor baseado Pd é colocado na ficha NS de uma cuvete de quartzo, e ligado a um amplificador (ver Figura 3). O amplificador é operado por uma fonte de alimentação de 12 V e o sinal do sensor é lido por um multímetro (ou potenciostato) ligado a um computador para representação gráfica do sinal obtido. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" target="_blank">clique aqui para ampliar.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8 resposta do sensor de H 2 durante a irradiação UV de Ag |.. Nanofios de ZnO numa solução de metanol / água (linha vermelha) e experiência de referência sem nanofios (linha azul) (a) do sinal, conforme medido pelado sensor; (B) sinal de H 2 durante a formação, em que o ponto de dados em t = 17,5 min de (a), foi definida como o início da reacção, em (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" target="_blank">clique aqui para ampliar.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig9highres.jpg" width="500" /> . Figura 9 imagem SEM de photocorroded Ag | ZnO nanofio depois de 48 horas de iluminação UV.

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Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Preparação e Utilização de fotocataliticamente atividade segmentada Ag | ZnO e Coaxial TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-AG nanofios feitos por Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

preparation-use-photocatalytically-active-segmented-agzno-coaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

21.6K visualizações.  University of Twente. Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

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Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Engenharia

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ Neutron Powder Diffraction uso das baterias de íon-lítio sob medida

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Um método custo-efetivo e confiável para prever a tensão mecânica em uso único e bombas standard

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Espectroscopia Raman de nanofios extremos e Outros Sistemas 1D

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of stretchable electronic devices is the preparation of stretchable conductors with great mechanical stability. In this study, we developed a simple fabrication method to chemically solder the contact points between silver nanowire (AgNW) networks. AgNW nanomesh was first deposited on a glass slide via spray coating method. A reactive ink composed of silver nanoparticle (AgNPs) precursors was applied over the spray coated AgNW thin films. After heating for 40 min, AgNPs were preferentially generated over the nanowire junctions to solder the AgNW nanomesh, and reinforced the conducting network. The chemically modified AgNW thin film was then transferred to polyurethane (PU) substrates by casting method. The soldered AgNW thin films on PU exhibited no obvious change in electrical conductivity under stretching or rolling process with elongation strains up to 120%.

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

Um método de fabricação para Condutores altamente extensível com prata Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence microscopy. One commonly deployed method for catalytically active colloids to produce enhanced motion is via an asymmetrical distribution of catalyst. Here this is achieved by spin coating a dispersed layer of fluorescent polymeric colloids onto a flat planar substrate, and then using directional platinum vapor deposition to half coat the exposed colloid surface, making a two faced "Janus" structure. The Janus colloids are then re-suspended from the planar substrate into an aqueous solution containing hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide serves as a fuel for the platinum catalyst, which is decomposed into water and oxygen, but only on one side of the colloid. The asymmetry results in gradients that produce enhanced motion, or "swimming". A fluorescence microscope, together with a video camera is used to record the motion of individual colloids. The center of the fluorescent emission is found using image analysis to provide an x and y coordinate for each frame of the video. While keeping the microscope focal position fixed, the fluorescence emission from the colloid produces a characteristic concentric ring pattern which is subject to image analysis to determine the particles relative z position. In this way 3D trajectories for the swimming colloid are obtained, allowing swimming velocity to be accurately measured, and physical phenomena such as gravitaxis, which may bias the colloids motion to be detected.

A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Preparação e 3D Rastreamento de Catalytic Natação Devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

Uso de sacrificiais nanopartículas para eliminar os efeitos do Plano de ruído em contato Buracos fabricada por E-beam litografia

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Preparação das redes de cristal líquido para macroscópica movimento oscilatório induzido pela luz

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...