Металлические наноструктуры могут играть важную роль в различных областях от Ближне-Польной визуализации и спектроскопии наконечников (TERS или SPPERS), спектроскопии комбинационного рассеяния поверхности (SERS) до энергоэффективности таких устройств как солнечные панели или батареи, фото катализа и электротранспорта. Морфология металлических наноструктур должна быть адаптирована в соответствии с выбранным применением, например, металлические наночастицы могут быть хорошо подходящими для анализа SERS, а тонкие металлические пленки могут быть более подходящими для солнечного сбора.
Морфология также может быть настроена на повышение фотохимических и электрических свойств наноструктур.
Например, каталитические свойства сильно зависят от экспонируемой площади металлической наноструктуры, а фотонные свойства сильно зависят от резонансных условий, которые, в свою очередь, связаны с геометрическими характеристиками наноструктуры. Другими примерами металлической структуры, где оптические и электрические свойства связаны друг с другом, являются металлические фотонные кристаллы, которые находят применение в таких областях, как фильтры, оптические переключатели, полости и эффективные конструкции лазеров.
Такие металлические кристаллы особенно привлекательны благодаря своей способности контролировать электронные и фотонные резонансы одновременно.
Поэтому такие структуры могут открыть дополнительные впечатляющие возможности для адаптации взаимодействия светлой материи. Когда дело доходит до выбора подходящего металла для реализации Фото-Хими-Электрическихнаноустройств, два материала являются одними из самых распространенных: серебро и золото. Серебряные наноструктуры наиболее известны своими морфологически зависимыми оптическими свойствами, такими как поверхностные плазменные резонансы (ППР).
Они также служат очень эффективными субстратами для SERS и являются наиболее эффективным катализатором этилена.
Кроме того, серебро очень часто выбирают для фото приложений в видимом диапазоне, должно обладать низким поглощением. Аналогичным образом, наноструктуры золота очень привлекательны благодаря своей превосходной химической устойчивости, биологической инертности, свойствам SPRs/SERS и уникальной каталитической активности. Эти аспекты также являются причиной использования золота для фото приложений в видимом диапазоне, несмотря на то, что оно показывает более высокий пик поглощения, чем серебро.
Для реализации металлических наноструктур может использоваться ряд методов, однако изготовление наноструктур может быть разделено на две основные группы: сверху вниз и снизу вверх. Первый использует литографические методы для получения конечного продукта "кирпича" из материала, а второй достигает той же цели путем перемещения атомов или молекул на место с помощью специальных инструментов, таких как атомно силовой микроскоп и сканирующий туннельный микроскоп, техники самоорганизации, или с помощью альтернативных методов, таких как нанесение теневой маски или даже с помощью ДНК.
Осаждение безэлектродного металла.
Химический и электрический процесс осаждения представляет собой новый метод осаждения, при котором ионы металлов восстанавливаются в виде атомов и осаждаются на твердую поверхность, в частности на металл, полупроводник или также на пластик. Безэлектродный процесс считается очень привлекательным, поскольку он прост в реализации, не требует дорогостоящего или специализированного оборудования, и позволяет производить большое количество наночастиц, а затем и узорчатых подложек в современных условиях.
Это делает его интересным для крупномасштабного производства в области электроники, катализа или изготовления оптических приборов. Кроме того, в нанотехнологиях уникальность этого метода заключается в том, что он позволяет точно контролировать зарождение и рост наночастиц. В этом методе прекурсора, соли металла уменьшается в растворе в присутствии стабилизирующего агента, что препятствует агрегации и повышает химическую устойчивость образующихся наночастиц.
Очевидно, что ионы металла преобразуются в металлы восстановителем, который является просто донором электронов, в то время как ионы металла являются акцепторами электронов. Скорость реакции часто ускоряется катализатором, на котором адсорбируются ионы поверхностных металлов и восстановитель для облегчения передачи электронов.
Минутные количества осажденного металла катализируют реакцию, и, таким образом, само осаждение становится автокаталитическим. Поэтому безэлектродное осаждение может продолжаться бесконечно долго, при условии, что ионы металлов и восстановители будут восполняться. С помощью таких методов могут осаждаться несколько металлов, в том числе серебро, золото, медь, никель или их сплавы, что позволяет получать тонкие пленки, микрометрические металлические структуры или наночастицы.
