一維納米結構的制備,表征及應用(翻譯版)(共46頁)

1、一維空間的納米結構：合成(hchng)，表征，及應用摘要(zhiyo)：這篇文章對當前(dngqin)集中于一維空間納米結構的研究活動提供了一個綜合的敘述一些橫向尺寸處在1100nm范圍內的“網(wǎng)狀，棒狀，帶狀，管狀”的納米結構。我們致力于一維納米結構并使用大量的相關的化學方法合成了出來。文章開始我們引用了一個有利于實現(xiàn)1D增長的合成方案綜述。然后我們詳細地把這些方法闡述為一下四個部分：通過固體材料的晶體結構決定的各向異性（非均質）增長；各向異性（非均質）增長是由不同的模板所限制和指導；各向異性（非均質）增長由過飽和度或通過使用合適的封端劑的動力學控制；新觀念雖然還沒有完全表現(xiàn)出來，但在生成的一

2、維納米結構中有著長期的潛力。下面是用于生成各種類型的重要異質結的納米線技術的討論。本文最后，我們強調各種不同類型的一維的納米結構相關的獨特性能（如熱學，機械，電子，光電，光學，非線性光學和場致發(fā)射）?！緢鲋掳l(fā)射：在電極表面處的外加強電場的作用下，電子從電極表面逸出的現(xiàn)象叫場致發(fā)射或冷發(fā)射。】我們以縱橫結為基礎還簡要討論了一些方法可能對組裝一維納米結構成功能設備有用。我們從個人觀點上對這個方向得出結論：這個新種類納米結構材料的未來研究是可以被“指導”的。（本文提供了一個全面的檢討，目前的研究活動集中在一維（1D）納米結構的線，棒，帶，管，其橫向尺寸的范圍內，我在任何地方下降到100輪輞。我們投入

3、的數(shù)量相對豐富，用化學方法合成了一維的納米結構，最關注的。我們開始這篇文章的概述，已開發(fā)利用的合成策略，實現(xiàn)1D增長。然后，我們闡述這些方法在以下四個部分：一）各向異性生長的各向異性生長的局限和各種模板;三）各向異性生長動力學控制過飽和或通過使用決定了堅實的物質的晶體結構;二）適當?shù)姆舛藙?，和IV）的新概念尚未充分證明，但產生一維納米結構的長期發(fā)展?jié)摿ΑＲ韵率钱a生各類的重要heterostructured的納米線技術的討論。年底這篇文章中，我們突出了一系列獨特的性能（例如，熱，機械，電子，光電，光學，非線性光學，場發(fā)射）與不同類型的一維納米結構。我們還簡要地討論了一些可能有用的方法組裝一維納米

4、結構到功能的設備的基礎上橫梁的交界處，和復雜的結構，如二維和三維周期性晶格結構。我們的結論這篇評論向未來這一類新的納米材料的研究，可能的方向，個人觀點。）介紹納米結構被定義為至少有一個尺寸在1至100納米的結構由于其獨特和迷人的性質已經受到了持續(xù)增長的興趣，并且應用優(yōu)于其大部分配對物。這種產生極小結構的能力對大多數(shù)科學和技術是必要的。有大量的因素是可以通過使新類型的納米結構來實現(xiàn)的，或者簡單地調整現(xiàn)存的微觀結構到1-100nm的程度（政權、政體、管理體制、社會制度）。最成功的例子是由微電子提供的，自集成電路的發(fā)明以來“更小”意味著更好的性能：每個芯片上更多的組件，操作速度更快，成本更低，并且耗

5、電量少。小型化也可以代表一系列其他技術的發(fā)展趨勢。例如，在信息存儲中，有許多積極的努力是用來開發(fā)小至數(shù)萬納米臨界尺寸的磁性和光學存儲部件。它也清楚地表明了豐富有趣的新現(xiàn)象與納米尺寸的結構有關，已確定的最好的例子包括大小取決于激發(fā)或發(fā)射，量化（或彈道）電導，庫侖阻塞（或單電子隧穿，集合），以及金屬向絕緣體轉變。人們普遍認為電子通過納米尺寸的結構的勢阱的量子限制可提供一個最強大的（但通用的）裝置，以控制固態(tài)功能材料的電，光，磁，和熱電性能。二維（2D）納米結構（或量子(lingz)阱），已被半導體界廣泛地研究(ynji)，因為使用如分子(fnz)束外延（MBE）的技術它們可以很方便地被制備。由于許

6、多研究小組的努力，關于零維（0D）的納米結構（或量子點）在過去的二十年里也取得了顯著的進展。例如，各種豐富的化學方法已經從范圍廣泛的材料中被開發(fā)用于產生具有良好可控尺寸的量子點。隨著量子點作為模型系統(tǒng)，通過研究其基本性質與規(guī)模的發(fā)展已經學會了很多有趣的化學和物理現(xiàn)象。使用量子點作為活性元件，在許多的研究實驗室里各種類型的納米級器件也被制造成樣機（技術原型）。著名的例子包括量子點激光器，單電子晶體管，存儲器單元，傳感器，光學探測器，發(fā)光二極管（LED）。對于大多數(shù)應用中，可以認為一個單獨的量子點的尺寸表示當前存在的功能性器件的微型化的極限。最近，一維（1D）的納米結構，如納米線、納米棒、納米帶、

7、納米管由于它們在細觀物理和納米器件的制造上的獨特應用也成為了深入研究的焦點。大家公認的是一維的納米結構提供了一個良好的系統(tǒng)去調查電和熱傳輸或機械性能對維數(shù)和尺寸的減少（或量子限域）的依賴。它們也將在制造電子，光電，電化學和納米級尺寸的機電器件中起著互連和功能單元的重要作用。與量子點和孔（阱）相比，直到最近一維納米結構的進步是緩慢的，受阻于這些具有良好控制的尺寸，形態(tài)，相純度納米結構和化學組合物的合成和加工相關的困難。雖然一維納米結構現(xiàn)在可以使用一些先進的光刻技術，如電子束/離子束錄入法（electron-beam or focused-ion-beam writing），近端探針圖案化法（pr

8、oximal probe patterning）以及X-射線或遠紫外印刷法（X-ray or extreme-UV lithography）（在一個研究實驗室的設置下）來制作，這些技術轉化為現(xiàn)實的路線，以大量1D納米結構的多元化材料的進一步發(fā)展，迅速，合理低廉的成本，還需要巨大的創(chuàng)造力。相比之下，基于化學合成的非傳統(tǒng)方法可能會提供用于生成一維的納米結構材料的多樣性，成本，產量方面的替代性和有趣的策略，以及大批量生產的潛力。本文綜述了目前的研究活動集中在納米網(wǎng)（線），棒，帶，和管的納米規(guī)格。由于碳納米管（CNT）已經被許多作者研究，我們打算從本文的范圍中排除它。本文的主要內容分為八個部分：下一節(jié)

9、（第2節(jié)）明確地討論了與納米線增長的幾個概念，以及已開發(fā)實現(xiàn)一維形態(tài)學的合成策略。以下四個部分通過具體的例子充分說明這些策略，包括新的點位仍有待說明（證明）。第7部分評估了幾種用于產生異質結納米線如超晶格方法的使用。第8部分強調了一系列與一維納米結構相關的獨特性能，以及它們在各個領域的潛在應用。最后一部分以個人言論得出的結論是這一新型材料的未來研究是可被引導（控制）的。本文的目標如下：提供對已被論證用于生成各種類型的一維納米結構的化學方法作簡單的介紹；說明與一維納米結構相關的有趣的特性；解決有關一維的納米結構組裝成復雜結構的實驗問題；評價一維納米結構如在器件制造的功能組件的潛力。隨著我們的進行

10、，在一維納米材料能達到它們作為一類新型的工業(yè)材料的終極潛力（電極）之前，我們能夠解決大部分我們認為能夠解決的困難。在本結論的最后，我們將還要簡略地提到一維的納米結構可能會對環(huán)境和健康潛在地一些影響。2.實現(xiàn)(shxin)1D增長的策略一維的納米(n m)結構構造的本質是結晶化，這個過程(guchng)已經被研究了幾百年。固體從蒸汽，液體，或固體階段的演變包括兩個基本步驟：成核和生長。當構造單元（原子，離子或分子）的固體濃度變得足夠高時，它們通過均相成核聚集成小簇（群體）（或核子）。隨著構造單元的持續(xù)增長，這些核可以作為晶種對形成更大的結構的進一步發(fā)展有用。雖然結晶化已經研究了幾百年，但是很少人

11、知道這個過程。為實現(xiàn)完全控制這個過程也不是不重要。普遍認為的完美晶體的形成需要在固體表面上和流體相中的構造單元之間有一條可逆途徑（即，氣相，溶液或熔體）。在結晶晶格遠程命令的發(fā)展中這些條件允許構造單元能夠容易地通過正確的位置。另外，還需要在良好控制的速率下提供構造單元，以便獲得具有均勻的組成和均一的形態(tài)結晶。當開發(fā)用于生成納米結構的合成方法時，一個需要解決的首要問題是同時控制尺寸，形態(tài)（或形狀），和單分散性（或均勻性）。在過去的幾年中，各種化學方法已經被重新審視，或被證明為“自下而上”的方法，用于生成對這些參數(shù)具有不同的層次控制的一維的納米結構。圖1示意性地闡明了其中的一些合成策略包括：使用固

12、有的各向異性晶體結構的固體實現(xiàn)的一維生長（圖1A）；采用液-固界面以減少晶種（圖1B）的對稱性；使用一維形態(tài)多樣的模板來指導一維納米結構的形成（圖1C）；用飽和的控制來更改晶種的生長習性；使用適當?shù)姆馍w試劑動力（運動）地控制的晶種的各個方面的增長速度（圖1D）；0D納米結構的自組裝體（圖1E）；1D微結構的尺寸的減?。▓D1F）。因為許多這些方法直到最近都并沒有論證，其大多數(shù)特征（如再現(xiàn)性，產品的均勻性和純度，擴大規(guī)模的潛能，成本效益，并且在某些情況下，機制（原理、途徑）僅是模糊地已知。因此，我們強調它們表現(xiàn)出的性能（例如，可合成材料的尺寸范圍和靈活性控制）和其固有的限制，（即，來自于它們所基于

13、的物理和化學起源的限制），而不是它們在當前技術發(fā)展水平上的評論。在某些情況下，我們也強調途徑，即可延伸的材料的范圍或規(guī)避與這些合成方法的現(xiàn)有程序相關聯(lián)的缺點。圖1已被證明(zhngmng)是實現(xiàn)1D增長的六種不同策略示意圖：A）通過(tnggu)雄厚的各向異性晶體結構命令(mng lng)；B）在一個液滴限制為在汽 - 液 - 固過程； C）通過使用模板的方向；D）由封蓋試劑提供運動控制； E）0D納米結構的自組裝；F）一維微結構的尺寸減小。3.具有高度各向異性晶體結構的材料許多固體物料自然發(fā)展成一維的納米結構，并且這種習性是通過在晶體結構中的高度各向異性的粘結來決定。其中最好的一個的例子可能

14、是聚合物（硫族氮化物），（SN）x，由于其金屬與超導性質在70年代被的廣泛研究一種無機聚合物。均勻的納米線20nm的直徑及數(shù)百微米的長度可以很容易地從氣相（SN）x生長，并且它們中的一些可能也聚集成束。諷刺的是，那時的焦點放在了尺寸盡可能大的電導率單晶的增長上，并且大多數(shù)人在努力（非常努力）避免晶須形態(tài)。許多已知的無機礦物如石棉和貴橄欖石還呈現(xiàn)了纖維狀生長習性，這是其鏈結構的表現(xiàn)形式，或它們的晶格內原子或離子基團之間的一些其他各向異性?？刂坪褪芟抻谶@些構造單元的各向異性構造，這些材料可與直徑被保持基本相同的晶種在垂直于生長方向的尺寸被加工成納米線。此外，許多聚合物和生物系統(tǒng)以纖維形式優(yōu)先存在也

15、已被認知，典型的例子包括纖維素和膠原。由于受限于篇幅，這里我們只討論兩種無機系統(tǒng)的鉬硫屬化合物和硫族元素，其有趣的電子和光學性質。 3.1鉬硫系分子導線鉬硫屬化物，其通式M2Mo6X6（M =鋰，鈉，X=硒，碲），是家族包含公式Mo6X6的六方最密堆積一個直鏈化合物。該Mo6X6鏈可以被看作是一個棱柱（圖2A）通過交錯形成的層疊Mo3X3三角形單元，具有0.45nm的重復距離。當溶解在如二甲基亞砜或N-甲基甲酰胺的高極性溶劑時，它們主要以2nm直徑鏈存在。一些鏈也可能聚集成橫截面具有1微米直徑，長度可達約20微米的束（或纖維）。DiSalvo Frechet和同事證實，通過原位聚合LiMo3S

16、e3的碳酸亞乙烯酯中的稀溶液有可能制造一種主要含有（Mo3Se-3）N單線和雙線的聚合物基質。這些分子導線直徑為0.6-2nm，長度為5-10nm。利伯和他的同事已經準備鉬硒分子導線并用掃描隧道顯微鏡（STM），以探討其結構和電子性質。其隧道光譜測量顯示了在局域態(tài)密度中尖峰的存在。這一觀察結果與范霍夫一維導體稀有的特性是一致的。在其電導測量與溫度下降到5 K沒有能隙開口（開放）（或者金屬 - 絕緣體轉變）的證據(jù)被發(fā)現(xiàn)。楊和同事在帶有相反的電荷的有機表面活性劑的存在下進行研究自組織的這些分子導線成介觀束中的自組織（圖2B）。其透射電子顯微鏡（TEM）和小角X射線衍射（XRD）研究表明，沿每個單獨

17、的分子線的結晶能很好地維持，而這些無機金屬絲之間的間隔可以通過改變表面活性劑分子的長度在2-4nm的范圍內變化。另外還發(fā)現(xiàn)，該Li2Mo6Se6納米線內的抗衡陽離子可以容易地更換，以形成具有不同抗衡陽離子的Mo3Se-3納米線，因此電性能從半導體到超導是可調的。這些演示表明，這種簡單而獨特的一維納米結構的系統(tǒng)應系統(tǒng)研究以全面考察其設備制造的潛力。3.2硫屬元素：硒和碲硫屬元素（或者更具體地，Se和Te）表示另一個理想(lxing)的系統(tǒng)，用于產生納米結構的一維形貌。這兩個(lin )固體的三方晶（t-）相因其獨特(dt)的晶體結構而令人關注。不同于氧，Se和Te原子傾向于通過共價鍵結合而形成聚

18、合物，螺旋鏈，而氧的存在主要是氧分子。如圖3A所示，在螺旋鏈可容易地通過范德華相互作用包裝成六邊形格子。作為由這個高度各向異性決定的結構，結晶容易沿c-軸產生，相對較弱的范德華力鏈之間有利于更強的共價鍵通過。結果，即使當它們從各向同性介質中被結晶，這兩種固體依然具有變?yōu)橐痪S結構的很強趨勢。除了它們的天然各向異性之外，Se和Te也有其他一系列有趣的性質，其中尤其重要的事它們固有的手征（偏光力）。原則上，每一個單獨的納米結構完全應該是由R-L螺旋線組成。這兩種材料由于它們的光電導性，壓電（現(xiàn)象）性，反應性也是令人關注的，它們能夠生產很多重要的功能材料（e.g.光電材料如CdSe和ZnTe，熱電材料

19、如PbTe和Bi2Te3）。在過去，硫族元素和硫屬化合物已經被利用在一系列的應用中，包括光熱傳感器；整流器；復印機；無機顏料；壓力傳動器（制動器）。處理這兩種固體材料誠意為納米結構的能力可以改進現(xiàn)有設備的性能或形成（通向）新應用。3.2.1硒（Se）納米線夏和同事最近證明了一個通用的、溶液相的方法來大規(guī)模合成具有可控在10100nm的范圍內的橫向尺寸均勻的納米線的叔硒，并且長度可達幾百微米。該方法的第一步驟中包含固體硒的水溶液形式是通過硒酸與過量聯(lián)氨的還原高溫度下回流的反應：最初的產品(chnpn)是磚紅色，直徑約300nm的非晶形的（A-）硒球形膠體(jio t)。當此溶液冷卻(lngqu)

20、至室溫后，將少量的硒溶解在熱溶液中沉淀出叔硒納米微晶。當含有的硒膠體和叔硒納米微晶混合物的分散在黑暗熟化，它經歷了奧斯特瓦爾德熟化過程，由于相比于叔硒相其更高的自由能，該非晶硒膠體緩慢溶解到溶液中。溶解的硒隨后成長為叔硒晶種的結晶納米線（圖3B）。在這個轉化中，最終產物的線性形態(tài)由構造單元的固有各向異性所決定，也就是說，硒原子在三角相中延伸的螺旋鏈。每個納米線基本上是單晶（參照高分辨率（HR）的TEM圖像圖3C和電子衍射圖案中的插圖圖3D），其特征是一個均勻的直徑沿著它的縱向軸線（圖3D）（以為特征）。這些納米線的直徑由10至100納米通過改變該氧化還原反應的回流溫度在可控的方式上可以容易地改

21、變。在老化時間的增加僅僅導致形成更長的納米線，其線厚度基本上沒有變化。需要注意的是沒有獨特的晶種材料和表面活性劑在該合成中使用，并且該反應的兩副產物（氮氣和水）不應引起對叔硒納米線的污染問題。沒有扭結和其他類型的缺陷也能（應）使這些納米線在制造納米級電子及光電設備中特別有用。圖3 A）填充組成的六邊形叔硒晶體結構的示意圖，硒原子的螺旋鏈沿c軸彼此平行；B）叔-硒納米線的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像具有平均32nm的直徑；C）單個納米線邊緣記錄的高分辨率TEM圖像顯示很好分別的間隔0.16nm的干涉條紋，與003晶面之間的晶面間距很好地吻合。D）兩個叔硒納米線的TEM圖像，表示沿各導線的尺寸均勻

22、性。插圖表示從單個納米線的中間部分得到的電子衍射圖案，確認生長方向是沿軸。叔硒晶種的形成，也可以在室溫下使用其它方法如超聲處理誘發(fā)。圖4A示出了這樣一個過程的原理機制。在這種情況下，還通過硒酸與過量的肼還原制備成水性懸浮液的球形非晶硒膠體。此反應是在室溫下進行，以防止任何因溫度下降引起的均相成核事件。膠體最初的特征為直徑在0.12lm的范圍內。他們隨后被干燥并被再分散在酒精中（如乙醇）。當實施超聲波短脈沖，這些膠體進行分解（破壞）和聚集。此外，由于空化效應叔硒小納米微晶會在膠體的表面上生成。在下面的步驟中，硒原子從不太穩(wěn)定、無定形的膠體轉移到三角晶種直至全部硒膠體被消耗完。請注意，此機制不同于

23、先前段落中所討論的若干方面中的（任何）一項：例如，晶種主要在膠體的表面（而不是在分散介質）形成的;線材的增長主要發(fā)生在a-硒膠體表面; 由于硒在醇中溶解度高/遷移率增長的發(fā)生是（幾）小時的問題（而不是幾天）。圖4B所示使用接近100產率的超聲化學途徑來合成叔硒納米線。注意的是，硒膠體到叔硒線的完全轉化經常要在增長進行5小時之后才能夠被觀察到。長度達幾百微米和可控直徑在25至120nm的范圍內的均勻的納米線，可以常規(guī)地實現(xiàn)。由于氧化還原反應和線生長都在環(huán)境溫度和壓力進行，這個過程可以很方便地按比例增加為大批量生產。圖4 A）如圖說明(shumng)了包含聲化學(huxu)途徑的叔硒納米線合成(h

24、chng)的主要步驟：通過空穴作用在a-硒膠體表面上的叔硒晶種結構；a-硒膠體減少基礎上叔硒納米線的增長；叔硒納米線的持續(xù)增長直至所有的a-硒膠體被消耗完。 B）在他們生長5h后的乙醇溶液中的叔硒納米線的SEM圖。 C）這是通過在硅襯底表面上提供超聲非晶硒膠體 直接生長成一個相互關聯(lián)的2D網(wǎng)叔硒納米線的SEM圖像。與此聲化學方法相關的還有另一個有趣的特征：一旦膠態(tài)懸浮液已進行超聲處理，破碎非晶硒膠體（其表面被新形成的叔硒晶種進行布置（裝飾），）可沉積在表面上并干燥。該底層可隨后被浸沒在乙醇（酒精）中（例如，在一個封閉的氣密容器通過表面上放置的一滴乙醇以防止蒸發(fā)），以允許納米線跨過整個基板的表面

25、進行增長。圖4C顯示通過這種新方法在硅襯底上增長的納米線。在這里，人們可以清楚地看到什么是最初硒膠體的正（保）形2D網(wǎng)絡輻射出的納米線。初始分散系中不同濃度的硒膠體的可以控制網(wǎng)絡中的線密度。據(jù)信，納米線的負載在固體基材的正形（保形）生長代表朝向納米電子器件之間互連的自導增長的一個重要步驟。3.2.2 碲納米線，納米(n m)棒，納米管，納米帶古田和同事已廣泛(gungfn)研究了碲晶須在汽相生長。結果表明，各種形態(tài)的碲晶須可以通過控制溫度在固體基材上增長(zngzhng)。夏和同事最近證明叔碲納米線也可以通過使用類似于已被證實為硒納米線的一個步驟來合成，其中的前體酸通過肼還原而生成碲，氮氣和水

26、：Se和Te的系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是Te原子可形成晶核，而不需要將溶液冷卻。結果，在此氧化還原反應中有兩種類型的碲產物形成：A-碲膠體和叔碲晶種（以納米晶的形式）。材料從非晶態(tài)向晶態(tài)相的轉移跟Se和Te本質上是相同的。因為在碲酸的還原中成核事件可能連續(xù)地發(fā)生，碲納米線的單分散性是難以控制的。然而，制備好的叔碲納米線通過相對窄的尺寸分布利用該反應進行表征，具有一種典型的10的標準偏差（圖5A）。圖5 A、B）采用液相法合成的叔碲納米線和納米棒的SEM圖像與（證明了、如圖所示的）硒相似；C）197下通過碲二酸與乙二醇還原合成的叔-碲納米管的SEM圖像。通過還原亞硒酸和原碲酸與肼的混合物合成的se0.

27、5te0.5納米棒的SEM圖像。同古田和其同事所做的汽相實驗相同，不同(b tn)溫度范圍下常見(chn jin)的多種多樣(du zhn du yn)的形態(tài)：20-100下（以水為溶劑）形成的納米線， 開發(fā)（拓展）具有輕微錐度和等邊三角形橫截面的脊狀形態(tài)。100-196下在乙二醇中形成的納米線，顯示出具有明顯的錐度與等腰三角形橫截面的絲狀結構。178下在水/乙二醇混合物中進行的合成，得到的納米棒具有六邊形和無錐度的橫截面（圖5B）。在這種情況下，該產品尺寸是高度單分散（monodispersed）的，具有983nm的平均直徑和1.800.16lm的長度。電子衍射研究證實單結晶度和生長方向是沿

28、軸的。因為高溫下碲在乙二醇溶液中溶解度和遷移率的提高，使得這些納米棒能夠形成。這種變化保證碲原子在尖端生長時較高的過飽和度，從而允許具有均勻的六角形橫截面（而不是線狀的納米線）的無缺陷的納米線的形成。 包括非晶性膠體的形成，盡管它仍然可以用離散成核和生長臺階來描述。反應似乎以原碲酸分解成二氧化碲開始的，伴隨這叔碲六角形晶種的形成。沿著這些晶種圓周邊緣的后續(xù)生長導致了碳納米管形態(tài)的演變。這些納米管的實心壁具有30nm相當均勻的厚度，是由晶種表面上碲原子的擴散來確定的。這些無機納米管的長度可以通過控制生長時間來改變。圖5C示出了碲納米管在三方晶相中結晶的典型例子的SEM電鏡圖。據(jù)信（有人認為），中

29、空結構的形成最有可能是碲濃度分布其固體晶種表面上的一種表現(xiàn)。一旦成核步驟后，碲原子在晶種表面的進一步添加似乎優(yōu)先發(fā)生在每個圓柱形晶種的圓周邊上，因為這些晶點（點）相對于表面上其他的晶點有著較高的自由能。只要晶體生長開始時，質量傳遞到生長區(qū)域導致生長表面中心部分的欠飽和（碲完全耗盡（損耗），每個晶種的001面，并最終導致具有界限清楚中空內部的納米管的形成。除了納米管，錢和他的同事最近展示一種水熱法途徑對單晶狀碲納米帶合成。3.2.3 硒/碲合金納米棒因為三（方晶）相硒和碲的 固體在相同的結構和反應條件下結晶化，這和純凈硒納米線和碲納米線的產生基本相同，這是一種自然步驟，結和這兩個反應去生成他們合

30、金的一維納米結構。夏和同事發(fā)現(xiàn)，有可能通過還原亞硒和碲酸與聯(lián)氨還原一步（鍋）法制成硒/碲合金的單晶狀納米棒。發(fā)現(xiàn)這些納米棒將保留的元素比作為前（驅）體的酸。每個螺旋形鏈被認為是包括Se和Te原子的結構域，如在一個隨機的有機嵌段共聚物。然而，單個的硒和碲（結構）域，不能用TEM或電子衍射解析，這表明這兩種元素是在原子尺度進行混合的。圖5D顯示了在一個反應中所獲得的納米棒的SEM圖像，這個反應涉及了亞硒與碲摩爾比1:1的酸和過量的聯(lián)氨。在這種情況下，這些納米棒的平均直徑和平均長度分別為50nm和250nm。做了這些納米棒的X射線能量色散分析（EDX），對硒和碲的特征峰進行觀察，并確認了納米棒中硒和

31、碲的元素比為2:1（圖5D的插圖。從XRD衍射圖計算出的晶格參數(shù)也下降為三方晶碲和硒的那些值之間，表明合金中這兩種元素間固溶體的形成。通過微調這些納米棒的元素組成，可能控制它們的特性，如壓電性（碲的更大）或光電導性（硒的更大），同時仍然保持它們的維數(shù)和單結晶。3.3具有各向異性結構的其他固體原則上，上述(shngsh)的兩節(jié)中描述的合成方法(fngf)也可以擴展到其他范圍的固體材料，其晶體結構的特征是鏈狀構造(guzo)單元。許多這些固體已經在低維半導體或導體的范圍內被廣泛地研究，并且其中一些常見的被會以細針狀或晶須狀的形式結晶（納米棒的宏觀及微觀對應物）。典型的例子包括銻化硅，鐵電性材料和光

32、電性材料；四氰合鉑二酸鉀，窄禁帶半導體；和MX3（M =過渡金屬，X = 硫，硒和碲），大量的半導體和熱電材料；金屬酞菁，M（Pc）【Pc為聚碳酸酯】為M=氫氣，鎳，M(Pc)On的M是硅，鍺（zhe）錫，一組具有金屬導電性和光電導特性的金屬有機聚合物。通過修改已經開發(fā)了用于硫屬元素和鉬硫屬化物（硫化鉬）的實驗程序，人們應該能夠從這些固體材料的反應溶液中得到均勻的納米線。4. 模板法控制合成模板指導合成代表了一維納米結構合成的一個簡單的路線。在這種方法中，模板簡單地用作一個支架，其中（或周圍）一種不同的材料在原位產生，并且形成具有與模板相互補形態(tài)的納米結構。豐富的模板已經被各類研究小組所證明，

33、有許多現(xiàn)在的例子：包括固體基質表面上的臺階邊緣；多孔材料中的通道；中尺度結構自組裝的有機表面活性劑或嵌段共聚物；生物大分子如DNA的菌株或棒狀病毒；以及使用其它方法合成的現(xiàn)有的納米結構。當模板僅涉及到物理方面時，為了收獲合成的納米結構往往需要使用后期合成手段（例如化學蝕刻和煅燒）有選擇性地移除此模板。在化學方法中，模板通常隨著反應的進行被消耗掉，并能直接獲得純的納米結構產品。人們普遍認為模板指導合成提供了一種簡單，高生產量和成本效益的過程，也可以使復雜的拓撲結構出現(xiàn)在模板的表面上，以在單一步驟中進行復制。作為一個主要的缺點，利用模板指導的方法合成的納米結構通常是多晶的，并且在每一次合成運行中要

34、生產的結構的數(shù)量是相對有限的。在這里，我們只簡單討論四種模板的方法，重點是他們的性能，可行性和潛在的延伸。4.1固體基質上制模（模板）的不利特點固體基質表面上出現(xiàn)的浮雕結構可以作為一類天然的模板，用于產生（支持）一維的納米結構。在這方面，通過光刻和蝕刻可使納米結構方便地在固體基質表面上形成圖案，并且（納米結構？）可以被用作模板來制造各種材料制成的納米線。用不同的材料裝飾這些模板（通常是它們的邊緣），例如，從各種金屬和半導體中提供納米線形成的一個強大的途徑（路線）。如約里茨馬和同事給出的那樣，針對蝕刻在Si（100）晶片表面上的V形槽來說，細如15nm的金屬納米線可以通過影射出一個金屬源來制備。

35、在另一個過程中，使用一些基于氣相沉淀或者溶液相電化學電鍍的技術，金屬或半導體可在正常的影響范圍上被應用，之后在每個V形槽的底部可以重組成一維納米結構。用這種簡單的方法，長度達幾百微米的連續(xù)薄納米線可常規(guī)地制備表面上排列平行的固體基質，隨后可以釋放為獨立的形式或者轉化到其他基質表面上。如米勒和同事所證明的那樣，有可能通過Si（100）基質表面上的反V形槽蝕刻模板法以制造大量的鍺納米線的平行陣列。還值得一提的是通過對出現(xiàn)在的NaCl晶體表面的（110）地形特征的模板法菅（jian）原和同事已經制造出鐵納米線的3維陣列。圖6 產生一維納米結構(jigu)的過程說明圖：A）陰（罩）式蒸發(fā)；B）V形槽底

36、部的重組；C）多層薄膜橫截面上裂縫的增長；D）固體基質上臺階邊緣的模板(mbn)形成。就模板從多種金屬和半導體中增長量子結構的簡單圖案來說，多層薄膜的橫截面也可以使用(shyng)MBE來制備（圖6C）。這種技術通常被稱為裂縫增生（過度生長）（CEO），MBE法在控制超晶格的膜厚度中有著精度高的優(yōu)點。在該技術中，交替層（例如，鋁鎵砷和砷化鎵組成）組成的超晶格可有MBE制造，然后原位斷裂，通過多層膜結構的厚度來生產原子級清潔表面。在下面的步驟中，MBE（分子束外延）或電化學沉積用來生長外露表面選定區(qū)域上的外延層。這種做法使相交的原子或埃級量子阱控制在兩個方向上的厚度的形成。原型設備如從7nm寬量

37、子阱的交點形成的量子線激光器也是使用這種技術制造的。對于大部分制造任務，CEO（裂縫增生）為量子結構提供了比電子束或光學光刻更均勻的形態(tài)，因為CEO（裂縫增生）繼承了原子的均勻性和MBE的精確度。然而，這種技術僅限于那些可以沿著基底的自然解理方向和沿著分子束外延優(yōu)先發(fā)生生長的晶格面被制造的結構。此外，該結構必須從材料的相交平面中組合起來。雖然這種技術是最常用的，并且當與MBE結合時具有最高分辨率，相同的基本方法應該適用于許多其他的沉積技術生長的多層膜使用。彭納和他的同事通過出現(xiàn)在利用電沉積的高取向、熱解石墨的模板法步驟已經演示了金屬納米線的生長。他們研究中利用了兩種不同類型的材料：惰性金屬（如

38、鈀，銅，銀和金）和電導性金屬氧化物（如MoOx,MnO2, Cu2O, and Fe2O3），通過在高溫氫氣下可以隨后被還原為相應的金屬（鉬，錳，銅，和鐵）。納米線被認為是優(yōu)先成核，并沿著出現(xiàn)在石墨表面上的臺階邊緣生長成二維平行排列，這可能被轉移到載玻片上氰基丙烯酸酯膜的表面上。用于通過氧化物前體的金屬納米線的形成，根源（parent）氧化物導線的尺寸均勻性和半圓柱形的形狀可以在H 2還原過程中保持，雖然直徑往往減少35。除了出現(xiàn)在固體基材表面上的物理特征外，膜淀積期間產生的菌株也被作為物理模板用于指導沉積材料“生成”排列的一維納米結構的體制。4.2 多孔材料(cilio)中的隧道(sudo)

39、（孔道(kngdo)）多孔膜的隧（通）道在一維的納米結構合成中的提供了另一類模板（圖7）。這種方法是由馬丁和其他幾個人開創(chuàng)的。這種歌城常用到兩個類型的多孔膜：含徑跡蝕刻通道的聚合物膜和含陽極蝕刻毛孔的氧化鋁薄膜。兩者都可以從許多公司那兒商業(yè)獲得，包括Nuclepore（核孔），Poretics（孔學），和沃特曼。對于徑跡蝕刻，用重離子（由核裂變）輻射過的聚合物膜（厚6-20m）會在這個膜表面產生損壞點（破壞點）。這些點之后通過化學蝕刻擴大，產生均勻的，圓柱形的孔來貫穿這個膜。使用這種方法制造的孔常常隨機地分布在膜表面上;而且它們的方向相對于表面法線傾斜可達34。多孔氧化鋁薄膜通常是用鋁箔陽極在

40、酸性介質中氧化制備的，并且它們通常包含六邊形填充二維排列、具有相對均勻尺寸的圓柱形孔。不同于由徑跡蝕刻制造的聚合物膜，在氧化鋁膜中具有很少或沒有傾斜于表面法線的孔并且孔密度也高得多。圖7 圖標說明了通過使用想要的材料或這個材料的前體的多孔膜，采用填充或部分填充而形成的納米線或納米管。各種各樣的材料已被檢測與這個類別的模板使用，典型例子還有不同的金屬，半導體，陶瓷和有機聚合物。唯一的要求似乎是該材料可以被加載到該孔上，使用的方法是基于氣相濺射，液相注射，或溶液相化學或電化學沉積上的。除了氣相蒸發(fā)和溶液相沉積，具有相對低的熔點的金屬（例如Bi）可直接以液體形式注入陽極氧化鋁膜的細孔內，并隨后固化成

41、高結晶性的納米線。最近，曹和同事也展示了使用電泳沉積的方法用溶膠-凝膠前體中原位生成的電荷的溶膠去填充聚合物或氧化鋁膜中的孔。隨后在升高的溫度下的煅燒導致均勻的陶瓷納米棒的組合物的形成，如二氧化鈦和Pb（Zr鋯，Ti鈦）O3（PZT）。值得一提的是，在此過程的早期階段，該材料可能會被優(yōu)先沉積，因為這些孔壁上均勻的層可（，以）形成筒狀的納米結構，而不是實心棒（圖7）。在這兩種情況下，所得到的納米結構可在孔內以對齊的陣列存在，或從模板釋放并在自由形式以自由組合式收集。雖然采用這種方法合成的納米線通常是多晶的，單晶的，也是在精心控制的條件下獲得的。例如，巴比克和同事已經證明，在自催化過程里聚碳酸酯膜

42、的通道中，非電解沉積的使用可產生單晶的銀納米線。諾依曼和同事還表明，脈沖電沉積可被用來選擇性地生長單晶或多晶的銅納米線。也有人認為，鉛單晶線的形成需要從平衡條件出發(fā)（例如，具有較大的過電位）比所需的多晶樣品的形成更顯著。在最近的一項研究中，郭和他的同事發(fā)現(xiàn)，采用電泳沉積法合成的二氧化鈦納米線一旦它們的直徑減小到小于15nm就會變成單晶。以膜為基礎的模板相聯(lián)系的主要優(yōu)點是，納米線的尺寸（維度）和組成可以通過改變實驗條件能容易被控制。在一系列的出版物中，馬洛克，基廷，和同事已經證明，該方法可以用來生成含有尺寸明確的不同的金屬帶的納米線。除了大孔膜，含有更小，1D通道(tngdo)（直徑為1.5-3

43、0 nm）的介孔材料(cilio)作為(zuwi)生成超細納米結構物理模板一直在被積極地探索。兩種類型的中孔二氧化硅已作為模板被審查： MCM系列（如MCM-41）和SBA系列（如SBA-15）。它們都含有中孔的六角形陣列。在這些中孔材料中一維的納米結構的制備還包括三個步驟：經由基于蒸汽或溶液的方法與合適的前體的孔隙滲入，轉化這個前體成想要的材料，通過選擇性地移除模板可以重獲一維納米結構。已納入此過程中的材料包括貴金屬（如銀，金，鉑和鈀）和雙金屬合金（如金/鉑）。從這些模板中獲得的每一個一維的納米結構都是一種多晶體。其中大多數(shù)的特點是相對低的縱橫比，由于涉及到前體的熱轉化的較高的體積收縮率，他

44、們中的一些甚至可能以離散納米粒子存在。與介孔材料相似，碳納米管至少具有一個開口端，也可以通過毛細管作用填充有液體（熔融的金屬或鹽溶液）。由于碳納米管的小直徑，一直難以達到完全的高產率。填充的長度通常限制在幾百納米。據(jù)格林和同事所報告，通過濕化學釕與單壁碳納米管填充的產率僅為2。最近，他們還提出一種可以增加填充過程銀的產率為50的更有效的液相方法，通過采用KCl和UCl4組成的共晶熔融系統(tǒng)或AgCl和AgBr組成的固溶體系統(tǒng)。除了金屬，金屬氧化物也被證實應用與這種類型的模板。與多孔膜和介孔材料相比，當電子應用需要裸露的納米線時是很難移除碳納米管模板的。4.3對自組裝分子結構模板的模板法自組裝的中

45、間相結構的表面活性劑提供另一類有用并且通用的模板法用于生產相對大量的一維的納米結構（圖8）。眾所周知，當表面活性劑分子濃度達到臨界值時它就會自發(fā)地組織形成棒狀膠束（或逆膠束）。當與適當?shù)幕瘜W或電化學反應結合時，這些各向異性的結構可以直接用作軟模板以促進納米棒的形成。表面活性劑分子需要被選擇性地除去，以收集相對純的納米棒樣品?；谶@個原理，Mann和同事，楊和他的同事已經證明了單分散尺寸的鋇鉻酸鹽，硫酸鋇和鎢酸鋇納米棒的合成。王和同事也證實金納米棒的合成，是借助溴化十六烷基三甲銨（CTAB）和另一個更疏水的陽離子表面活性劑（例如，四辛基溴化銨（TOAB）組裝的棒狀膠束模板法。在包含金陽極和鉑陰極

46、的電池內通過電化學溶解可原位生成金。后來埃爾-賽耶德和同事用這個方法通過控制良好的縱橫比和等離振子的特性來合成金，銀納米棒。最近，江角，楊和同事開發(fā)廊一種光化學路線用于相似縱橫比均勻金納米棒的制備。墨菲和同事證實了金納米棒的另一個有用的路線，晶種介導的生長用于生成具有可控厚度和縱橫比金屬納米棒。在一個典型的合成中，3-5 nm直徑的金或銀納米粒子以晶種的形式被加入到溶液中，溶液中包括棒狀的膠束（溴化十六烷基三甲銨組成的）和一個金屬前體如氯金酸或硝酸銀。當弱還原劑（如抗壞血酸）加入的時候，晶種充當成核位置在膠束結構的限制之內用于納米棒的生長。橫向尺寸與這些納米棒的縱橫比可通過改變與金屬前體相關的

47、晶種的比率來進行控制。在另一個實例（證實）中，嚴和同事已經制造出有著相對高縱橫比的排列結晶的銀納米線，當電沉積發(fā)生在一個含有磺基琥珀酸酯二鈉（2-乙基乙基）（AOT酸鈉），對二甲苯和水的膠束相中。在這種情況下，通過增加表面活性劑的濃度棒狀膠束可以進一步組裝成一個六角形的液晶相（正?；蚍聪颍?。該方法的主要優(yōu)點是，金屬納米線可以被合成為規(guī)則排列而不是取向隨意的樣品。最近，李和同事通過對CTAB的層狀相模板化WO42-離子，接著通過真空熱解合成單晶鎢納米線。通過使用這類模板法已經合成了大量的金屬納米線，然而膠束相的制備和清除通常是困難而乏味的。嵌段共聚物通過(tnggu)連接兩個或更多個化學上不同的

48、首位(shu wi)相連的共價鍵片段（或塊）形成(xngchng)的聚合物也可以用作軟模板來生成一維納米結構。當化學性質不同的聚合物不互溶時，這些鏈的大量聚集會分成不同的相（階段）。在適當條件下（例如，不同鏈段的分子量之間有著合適的比率），可以形成具有類似自組裝的表面活性劑的結構的柱面（圓柱體）的規(guī)則陣列。這樣的排列結構中不同的區(qū)域可以通過物理吸附或化學配位選擇性地去布置金屬（或半導體）的前體，使得嵌段共聚物強大的模板系統(tǒng)用于一維納米結構的合成。一系列不同嵌段共聚物已被用于銀納米線合成的測試，顯著的例子包括那些由碳硅烷樹狀大分子和聚異氰基縮氨酸，雙親水性聚（環(huán)氧乙烷） - 嵌段 - 聚（甲基丙

49、烯酸）組成的嵌段共聚物。因為該塊與官能團可以很容易地設計去選擇性地與任何特定的金屬離子或化合物相互作用，可以被編入到這個模板法過程的材料的范圍可能非常的廣。類似于使用其它軟模板合成的納米線，在這種情況下獲得的產物通常是多晶的，并且可能聚集成束。4.4 （對）現(xiàn)有納米結構的模板法目前現(xiàn)有的納米線是直接作為模板（物理或化學）以產生納米線和其它類型的各種材料的一維納米結構，其中的一些可能很難（或不可能）直接合成為均勻的樣品。在一個方法中，這些納米線的表面可以直接涂覆有不同的材料制成的共形護套以形成同軸納米電纜。隨后的原始納米線的分解將導致納米管的形成。例如，墨菲和同事已經直接將金納米棒包覆聚苯乙烯或

50、二氧化硅（厚度為5-10nm），以形成電纜狀的納米結構?？_素和同事采用鎳納米棒上相反電荷物質的層層沉積（手段）用來制備納米電纜和復合納米管。此外，溶膠-凝膠包（涂）覆法作為一種通用路線已被研究去制造同軸納米電纜，可能包含導電芯片（由金屬制成）和絕緣護套（以無定形氧化硅或其他電介質材料的形式）。圖9A是AgSiO2同軸納米電纜典型樣品的TEM圖像，它是通過使用來源于溶膠-凝膠前體的二氧化硅包覆在銀納米線上獲得的。通過改變前體的濃度和/或沉積時間可以控制護套的厚度在2100nm內。選擇性除去銀的晶核（在氨溶液中蝕刻）產生具有良好控制的尺寸和均勻壁結構的二氧化硅納米管（圖9B）。如第9部分所討論，

51、這些同軸納米電纜可能會發(fā)現(xiàn)使用理想的結構單元，通過LB膜的自組裝，以生成二維和三維周期性結構。楊和同事(tng sh)最近證明單晶納米線（使用例如熱蒸發(fā)或激光燒蝕的方法(fngf)預合成），可以作為基質用于另一種固體(gt)的外延生長以產生具有尖銳的結構和組合界面的同軸電纜，雙層納米帶。例如，他們已經合成了TiO2/SnO2（圖10）和Co0.05Ti0.95O2/SnO2納米帶。室溫下后者的結構被證明是鐵磁性的。相關的研究中，利伯和同事通過外延生長合成了半導體核殼和多殼納米線異質結，而外延生長是通過連續(xù)步驟中反應氣體的組成調節(jié)的。這些研究清楚地證明了許多功能（例如，熒光，磁性，鐵電，壓電，和

52、超導）合并成一個單獨的納米線的可能性，這會在許多領域中發(fā)現(xiàn)新應用。除了納米線，碳納米管已被利用作為另一種類型的物理模板從許多材料中產生納米棒或管。例如，通過直接氣相蒸發(fā)戴和同事已經開發(fā)碳納米管來制造金屬納米線。發(fā)現(xiàn)鈦薄層的預沉積對金屬中連續(xù)納米結構的形成非常關鍵，如金、鈀、鐵、鋁和鉛，因為鈦能夠改善碳納米管表面的濕潤度。另外，這些金屬的直接沉積只導致去濕的離散顆粒的形成。由于和半厘米一樣長的碳納米管已經合成了，原則上，可以采用這種方法由豐富多樣的材料去制造相對長的納米線。另一個示例中，通過他們的官能側基與金屬離子之間的相互作用，鏈狀生物分子也可被用來指導金屬形成線性排列的組裝。這些金屬離子隨后

53、沿著每個生物分子的主鏈（骨干）被還原成一系列的納米粒子。如果金屬離子的貯存器（儲層）也存在，這些納米顆粒可以被進一步連接以產生連續(xù)的納米線。例如，使用DNA鏈的模板法這種方法，Ag和Pt的導電納米線已被成功地生產。這些金屬納米線可以作為連接線以原型形式制作簡單的電子電路。與這種類型模板相關聯(lián)的一個主要優(yōu)點是，使用生物化學上已經發(fā)展很好的許多工具有可能產生任意設計的復雜圖案。一些納米結構可以轉換為其它材料，而不改變它們的形態(tài)，當他們在仔細控制的條件下與適當?shù)脑噭┓磻?。由硅納米結構的熱氧化可知這種方法的觀念是顯而易見的，即硅可被轉化成各種硅氧化物的方法。該模板效應提供了另一種生成一維納米結構的有前

54、途的途徑，然而，可能很難直接合成或制造。該方法的理念最初是由利伯和同事證實的，發(fā)現(xiàn)高度結晶的金屬碳化物納米棒可通過高溫下碳納米管與金屬的氧化物或鹵化物反應而形成。類似的模板程序，后來被范和同事利用生產氮化鎵，磷化鎵，和碳化硅晶體納米棒。除了碳納米管，硼納米線已被被楊和他的同事當作模板用于形成高結晶性的二硼化鎂納米線，這個材料顯示出引人關注的超導特性。已證實一些溶液相反應與其它化學組分將目前現(xiàn)有的納米線轉化形成一維納米結構。例如，楊和同事證實，貴金屬（如金，銀，鈀和鉑）的單獨納米線是可以被制備的，通過LiMo3Se3分子線（作為還原劑）與含金屬離子（例如，AuCl4-，Ag+和PdCl42+，和

55、PtCl42-）的水溶液氧化還原反應。用類似的方法，夏和同事已經合成了貴金屬如金、鈀和鉑的高結晶納米管，是通過銀納米線與水介質中這些金屬的適合前體間的親電取代反應。例如，當銀納米線被分散到水性氯金酸溶液時，它們將立即被氧化成銀離子。合成的Au原子將主要局限在模板表面的附近。一旦它們的濃度已經達到了一個臨界值時，金原子會成核并且生長成小群簇，并最終逐漸形成圍繞銀模板的鞘狀結構。該反應被認為是在最高表面能的面開始，然后進行到那些具有較低的能量的面。結果，在初期階段形成的薄鞘是不完整的，因此，反應物和產物穿過這一層擴散直至銀模板已經被完全消耗掉。如果該反應在高溫下繼續(xù)回流，通過諸如奧斯特瓦爾德熟化過

56、程每個金管的壁將中被重建成具有高度結晶結構。同時，在該壁中的缺口也將被關閉，以形成無縫的光滑表面的金碳納米管。基于該反應的化學計量，金的納米管的厚度約為對應的銀模板的橫向尺寸的九分之一。值得一提的是，Ag2Se單晶納米線（圖12）已通過(tnggu)室溫下叔硒單晶納米線層與AgNO 3的水溶液之間的拓撲(tu p)化學反應（局部規(guī)整(u zhn)反應）合成。在此模板接合過程中，銀離子擴散到叔硒的晶格并形成Ag2Se而不涉及硒原子的顯著重組。一個有趣的、依賴直徑的相平移也研究到這種新的納米線系統(tǒng)： 當Ag2Se納米線直徑小于40nm時發(fā)現(xiàn)其在四方結構結晶（圖12A-C）。當這些納米線的橫向尺寸增

57、大到超過40nm，該正交結構會變得更加穩(wěn)定。這個工作似乎代表模板指導合成的第一示范，即室溫下在溶液相中能夠生成單晶納米線。這些均勻的Ag2Se納米線令人關注的是它們作為超離子導體和熱電材料的應用。模板對使用其他方法的納米線預處理，提供了一個通用并且有效的方法，大大擴大了能處理成均勻一維納米結構材料的多樣性。一個與納米線的模板化過程有關的主要問題是，很難實現(xiàn)嚴格控制最終產物的組成和結晶度。使用這些方法合成的往往是結構多晶的納米線，并且僅幾個方案可（已）導致單晶產物的形成。對于一個涉及納米線的表面上的化學反應的模板過程，如果產品具有比初始模板更大的摩爾體積，當模板周圍的壓力累積到主要的值時，反應會

58、在某一段時間后自動停止。在一般情況下，為了充分了解這些固-氣反應或固-液反應在原子尺度上是如何進行的，仍需研究大多數(shù)模板指導的反應的機制。在這個根本問題上有更深的了解必將使我們能夠更好地控制產品，包括其組成，相純度，結晶度和形態(tài)。5 適用于所有固體材料的通用方法如果固體材料具有高度各向異性的晶體結構，各向同性介質中納米線的生長是相對簡單明了的。如第3部分所示，均勻的納米線可以很容易地由一個長度達幾百微米的各向異性固體（如三相硫屬元素）生長而成。對于特征是各向同性晶體結構的許多固體來說（例如，幾乎所有的金屬都是在面心立方（fcc）的晶格結晶的），成核步驟中需要對稱斷裂以引起各向異性生長。為此，大

59、量的方法已被開發(fā)用來降低晶種的對稱性（或圍繞晶種的環(huán)境），以產生具有一維形貌的納米結構。第4部分中描述的模板指導方法提供了一些很好的例子。汽體 - 液體- 固體（VLS）的過程代表了另一種簡潔的方法，其中，所述對稱性的破壞是由于（通過）引固 - 液界面的引入。此外，系統(tǒng)的過度飽和也可以低于一定水平的控制，以有效地促使和維持一維的生長，這是已經被許多汽相和溶劑熱過程證明了的。封端劑也被檢驗以動力學去控制各種固體表面的增長速度，從而實現(xiàn)各向異性生長。本節(jié)的目的是對這些化學方法提供一個簡單的介紹，重點是它們的機制，功能，局限性和可能的擴展。原則上，這些方法適合于所有類型的固體材料，無論它們是否具有各

60、向同性或各向異性的晶體結構。5.1 氣相中納米線的生長(shngzhng)氣相合成可能是一維納米(n m)結構例如晶須，納米棒，和納米線，形成的最廣泛研究的方法。原則上，在相對(xingdu)低的水平上有可能通過控制過飽和度來處理任何固體材料以生成（引入）一維的納米結構。早在1921年，當汞蒸氣在玻璃表面冷凝到低于汞熔點時，沃爾默和埃斯特曼觀察到直徑為20nm，長度達1mm的汞納米纖維的的形成（通過測量在光學顯微鏡下的布朗運動來確定）。在一系列的研究中，西爾斯將這種方法延伸到許多其他金屬，并提出了一種基于軸向螺旋位錯的機制來解釋一維的生長。在這種機制下，一維生長的驅動力是由一個軸向螺旋位錯確定