Binary Nano-structuring : Concept, Strategies, Features and Devices

Wen, Liaoyong GND

Nanostrukturarrays, bestehend aus den zwei Unterteilungen „Nanostruktur“ und „Array“, sind elementar für viele moderne und zukünftige technologische Anwendungen oder Systeme. Binäre Nanostrukturarrays, in denen beide, die „Nanostruktur“ und die „Array“, unabhängig voneinander eingestellt und genutzt werden können, könnten einen neuen Horizont durch Interaktionen zwischen den Sub-Arrays, welche unter Einfach-Arrays unzugänglich sind, eröffnen. Eine allgemeine Methode wird entwickelt um verschiedene Nanostrukturarrays (z.B. Nanowire/Nanowire, Nanotube/Nanowire, Nanotube/Nanotube, Nanodot/Nanodot) mit struktureller Flexibilität und hoher Steuerbarkeit für jedes der Sub-Arrays individuell herzustellen. Der Schlüssel zu dieser Methode basiert auf den charakteristischen binären Poren von anodischen Aluminium Templaten, welche beidseitig entgegengesetzte Barriere-Oxid-Schichten besitzen. Mittels desselben Mechanismus kann das Templat zu einem Viel-Array-Templat (z.B. dreifach oder vierfach) in einer Matrix mit noch höheren Porendichten und weiteren morphologischen Möglichkeiten erweitert werden. Die Vielseitigkeit der binären Nanostrukturierung wird untersucht für die Realisierung innovativer Anwendungen, wie zum Beispiel makroskopische Titandioxid/Kupfer(I)-oxid Z-Schema Photosyntheseeinheiten und nanoskopisch große adressierbare Zinkoxid/Aluminiumzinkoxid vertikale Nanodraht-Transistoren. Des Weiteren wird Nanoengineering von Einfacharrays durchgeführt, dazu werden leistungsstarke Superkondensatoren basierend auf Platin/Manganoxid-Core/Shell-Nanotubearrays und photoelektrochemische Zellen basierend auf Nano-Gold/Pb(Zr,Ti)O3 Hybriden nachgegangen durch welche die optimale Struktur und Zusammensetzung der Einfacharrays wichtige Informationen für multifunktionale Anwendungen basierend auf binären Nanostrukturarrays liefern.

Nanostructure arrays, composed by two subdivisions of ‘nanostructure’ and ‘array’, are the fundamental for many modern and future devices or systems. Binary nanostructure arrays, in which both of the ‘nanostructure’ and the ‘array’ can be freely manipulated and utilized, could raise a new horizon by introducing the interactions between the sub-arrays that are inaccessible for the single ‘array’s. A general technique is developed to fabricate diverse binary nanostructure arrays (e.g., nanowire/nanowire, nanotube/nanowire, nanotube/nanotube, nanodot/nanodot) with morphologic versatility and highly structural controllability for each of the sub-array individually. The key of this technique is based on a distinctive binary-pore anodic aluminum oxide template, possessing double side barrier oxide layers located at the opposite sides of the template. Under the same mechanism, the template can be further upgraded to multi-pore template (e.g., ternary and quadruple) in one matrix with even higher pore densities and more morphologic options. The versatility of binary-nanostructuring is being explored to realize innovative devices, such as macroscopic ‘titanium dioxide/cuprous oxide’ Z-scheme photosynthesis unit and nanoscopic ‘zinc oxide/aluminum doped zinc oxide’ addressable vertical nanowire transistor. Furthermore, nanoengineering of single ‘array’s are conducted to pursuit high-performance supercapactior based on platinum/manganese oxide core/shell nanotube array and photoelectrochemical cell based on nano-gold/Pb(Zr,Ti)O3 hybrid, in which the optimal structure and composition of the single ‘array’s could provide valuable guidance for addressing multi-functionalized devices based on the binary nanostructure arrays.

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Wen, Liaoyong: Binary Nano-structuring. Concept, Strategies, Features and Devices. 2016.

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