ナノロッド
電子顕微鏡下での金ナノロッド

ナノテクノロジーにおいて、ナノロッドはナノスケールの物体の形態の一つです。それぞれの寸法は1～100nmの範囲です。金属または半導体材料から合成することができます。[ 1 ]標準的なアスペクト比（長さ÷幅）は3～5です。ナノロッドは直接化学合成によって製造されます。リガンドの組み合わせは形状制御剤として機能し、ナノロッドの異なる面に異なる強度で結合します。これにより、ナノロッドの異なる面が異なる速度で成長し、細長い物体が生成されます

ナノロッドの潜在的な用途の一つはディスプレイ技術です。これは、印加電界によってロッドの向きを変えることで反射率を変化させることができるためです。もう一つの用途は、微小電気機械システム（MEMS）です。ナノロッドは、他の貴金属ナノ粒子と同様に、治療薬としても機能します。ナノロッドは近赤外線を吸収し、赤外線で励起されると熱を発生します。この特性から、ナノロッドはがん治療薬として利用されています。ナノロッドは腫瘍標的モチーフと結合させて摂取することができます。患者が体組織を通過する赤外線に曝露されると、腫瘍細胞に選択的に取り込まれたナノロッドが局所的に加熱され、がん組織のみを破壊し、健康な細胞はそのまま残ります。

半導体材料をベースとしたナノロッドも、エネルギーハーベスティングデバイスや発光デバイスへの応用が研究されています。2006年、RamanathanらはZnOナノロッドから電界媒介による可変発光を実証しました。この発光は、近紫外線の新しい光源として応用できる可能性があります。

合成

ZnO ナノロッドをベースとしたエタノールガスセンサー[ 2 ]

ZnOナノロッド

酸化亜鉛(ZnO) ナノロッドはナノワイヤとも呼ばれ、直接バンドギャップエネルギーは3.37 eVでGaNと同程度であり、励起結合エネルギーは 60 meV です。ZnO ナノロッドの光学バンドギャップは、形態、組成、サイズなどを変更することで調整できます。ZnOナノロッドは、電界効果トランジスタ、紫外線光検出器、ショットキーダイオード、超高輝度発光ダイオード(LED)などのナノスケール電子デバイスの製造に使用されています。単結晶のウルツ鉱型ZnO ナノロッドを製造するために、さまざまな方法が開発されています。これらの方法の中で、気相からの成長が最も発達したアプローチです。一般的な成長プロセスでは、ZnO 蒸気を固体基板上に凝縮します。ZnO 蒸気は、熱蒸発、化学還元、気液固(VLS) 法の 3 つの方法で生成できます。熱蒸発法では、市販の ZnO 粉末を SnO 2と混合し、混合物を高温で加熱して蒸発させます。化学還元法では、ZnO の還元によって発生した亜鉛蒸気が成長ゾーンに移動され、続いて ZnO に再酸化されます。 1964 年に最初に提案された VLS プロセスは、単結晶 ZnO ナノロッドを合成するために最も一般的に使用されるプロセスです。典型的なプロセスでは、触媒液滴が基板上に堆積され、Zn 蒸気と CO/CO 2の混合物を含むガス混合物が触媒-基板界面で反応し、続いて核生成と成長が起こります。一般的な金属触媒には、金、銅、ニッケル、スズが含まれます。ZnO ナノワイヤは基板上にエピタキシャル成長し、単層アレイに組み立てられます。金属有機化学気相成長法 ( MOCVD ) も開発されています。このプロセスでは触媒は使用されず、成長温度は400～500℃と、従来の気相成長法に比べてかなり穏やかな条件である。[ 3 ]さらに、金属酸化物ナノロッド（ZnO、CuO、Fe 2 O 3、V 2 O 5など）は、熱酸化プロセスで最初の金属を空気中で加熱するだけで簡単に製造できる。[ 4 ]例えば、CuOナノロッドの高密度「カーペット」を作製するには、Cu箔を空気中で420℃に加熱するだけで十分であることが分かりました。これらの製造方法以外にも、深紫外線リソグラフィー、ドライエッチング、原子層堆積法（ALD）を組み合わせることで、ZnOナノロッドとチューブを作製することができます。[ 5 ]

InGaN/GaNナノロッド

InGaN / GaNナノロッドアレイ発光ダイオードは、ドライエッチングまたは集束イオンビームエッチング技術で製造できます。[ 6 ]このようなLEDは、偏光した青色または緑色の光を発します。[ 7 ] 3次元ナノロッド構造は発光面が大きいため、平面LEDに比べて効率と発光が向上します。[ 8 ]サムスンは、インク印刷された量子ドットナノロッドLED（QNED）ディスプレイを研究しており、InGaNナノロッドLEDはQD-OLEDディスプレイ の有機OLED層に取って代わります。[ 9 ]

金ナノロッド

シード媒介成長法は、高品質の金ナノロッドを合成するための最も一般的で実績のある方法です。[ 10 ]典型的な成長プロトコルでは、シードとして、臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）またはクエン酸で覆われた金ナノスフィアをバルクHAuCl 4成長溶液に添加します。成長溶液は、臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）界面活性剤と銀イオンの存在下で、アスコルビン酸でHAuCl 4を還元することによって得られます。硝酸銀が存在しない場合でも、3段階の添加手順を用いることで、より長いナノロッド（アスペクト比25まで）を得ることができます。このプロトコルでは、不均一堆積速度、ひいては結晶成長速度を制御するために、シードを成長溶液に順次添加します

この方法の欠点は、金ナノスフィアの形成であり、これには重要な分離と洗浄が必要である。この方法の1つの改良法では、核形成および成長手順でクエン酸ナトリウムをより強力なCTAB安定剤に置き換えている。pHを上げることは、多分散性の増加を犠牲にして、高アスペクト比（> 25:1）ナノロッドを高収率（> 90%）で達成する別の方法である。[ 11 ]もう1つの改良法は、成長溶液に銀イオンを導入することであり、これにより、アスペクト比が5未満のナノロッドが90%を超える収率で得られる。[ 12 ] 金よりも還元電位が低い銀は、ロッドの表面で還元され、アンダーポテンシャル堆積によって単分子層を形成することができる。ここで、銀の堆積は金の堆積と競合し、それによって特定の結晶ファセットの成長速度を遅らせ、一方向の成長とロッド形成を可能にする。この方法のもう1つの欠点は、CTABの毒性が高いことである。ポリエチレングリコール（PEG）、ポリアリルアミン塩酸塩（PAH）コーティングなどのポリマー、キトサンなどの食物繊維、またはリン脂質などの生体分子が、安定性に影響を与えずにナノロッド表面からCTABを置換するために使用されていることが報告されている。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

陽イオン交換

陽イオン交換は、新しいナノロッド合成のための従来型の技術ですが、有望です。ナノロッドにおける陽イオン交換変換は、速度論的に有利であり、多くの場合、形状が保存されます。バルク結晶系と比較して、ナノロッドの陽イオン交換は、高い表面積のために数百万倍高速です。既存のナノロッドは、従来の湿式化学合成ではアクセスできない様々なナノロッドを製造するためのテンプレートとして機能します。さらに、部分的な変換によって複雑さを増し、ナノロッドヘテロ構造を形成することができます。[ 17 ]

関連項目

参考文献

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Scholiaにはナノロッド（Q2684948）のプロファイルがあります
  • ナノロッドは近赤外線で負の屈折を示す（EE Times、2005年12月5日）
  • [1] S. ラマナサン、S. パティバンドラ、S. バンジョパディヤイ、J.D. エドワーズ、J. アンダーソン、J. メーター。科学: メーター。エレクトロン 17、651 (2006)
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