ナノリング

ナノリングは、厚さがナノスケール（10 ⁻⁹メートル）になるほど薄い環状ナノ構造です。この定義では、リングの直径がナノスケールよりも大きくなる可能性があることに注意します。ナノリングは、ナノサイエンスの分野では比較的最近の開発です。これらのナノ構造について言及した最初の査読付きジャーナル記事は、2001年に北京の物理学研究所と凝縮物質物理学センターの研究者によるもので、彼らは窒化ガリウムで作られたナノリングを合成しました。 ^[2]ナノ構造で非常に一般的に使用される化合物である酸化亜鉛は、2004年にジョージア工科大学の研究者によって初めてナノリングに合成され、それ以来、他のいくつかの一般的なナノ構造化合物がナノリングに合成されています。^{[3]最近では、炭素ベースのナノリングがシクロパラフェニレン}^[4]やポルフィリンから合成されています。 ^[5]

概要

ナノリングの直径はナノスケールである場合もありますが、これらの材料の多くは 100 nm を超える直径を持ち、多くのナノリングの直径はマイクロスケール(10 ⁻⁶メートル) です。そのため、ナノリングは1 次元 (1-D) ナノ材料と呼ばれるナノ材料のサブクラスのメンバーであると見なされます。これらは、材料の単一ユニット内の 3 つの物理的次元のうちの 1 つがナノスケールよりも長い長さのスケールであるナノ材料です。1 次元ナノ材料の他の例としては、ナノワイヤ、ナノベルト、ナノチューブ、ナノシートなどがあります。

機械的な独自性

他のナノ材料と同様に、ナノリングに対する実用的な関心の多くは、ナノリングでは、通常バルク物質では観察できない量子化現象を観察できることが多いという事実から生じています。特にナノリングには、特に研究上の関心が高いいくつかの追加特性があります。1次元ナノ構造にはさまざまな潜在的な用途とアプリケーションがありますが、拡張された結晶構造の寸法のために、個別の結晶成長サイトで成長させることができず、したがって、結晶学的に予測可能な基板上で合成することはできません。 ^[6]したがって、ナノリングは、自発的なナノリングの自己組織化を誘発するエントロピー的にユニークな条件を作り出すことによって、水性で合成されるのが最も一般的です。 ^[7]これらの材料は、多くの1次元ナノ構造が非常に壊れやすく、したがって有用な環境で操作するのが難しいため、機械的または磁気的な力で簡単に操作できれば、はるかに有用です。単一のナノベルト結晶の自発的な折り畳みから作られたZnOナノリングは、破損したり砕けたりすることなく広範囲に機械的に操作できることが実証されており、他のクラスのZnOナノ構造に比べて独自の機械的利点を持っています。^[8]^[9]

合成

一般的に、ナノリングはボトムアップアプローチを使用して合成されます。これは、トップダウン合成がこれらの材料によって提示されるエントロピー障壁によって制限されるためです。現在、これらの粒子を作成するために使用されるさまざまな合成技術の数は、さまざまなタイプのナノリング自体の数とほぼ同じくらい多様です。ナノリングを合成する一般的な方法の1つは、最初に材料のエッジに集中した不均一な電荷分布を持つナノベルトまたはナノワイヤを合成することです。これらの基準が満たされると、これらの粒子は自然にリング構造に自己組織化し、結果として生じる結晶内でクーロン反発力が最小限に抑えられる可能性があります。^{[10]ナノリング合成の他のアプローチには、後で除去される小さな}シード粒子の周りにナノリングを組み立てる、またはポルフィリンのような構造を拡張してねじって中空のナノリング構造にするなどがあります。^[11]^[12]

参考文献

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外部リンク

ナノリング: シームレスな円形構造は、ナノエレクトロニクスとバイオテクノロジーのセンサー、共振器、トランスデューサーとして使用できます (代替リンク)

[1] Judd, Chris J.; Kondratuk, Dmitry V.; Anderson, Harry L.; Saywell, Alex (2019-06-27). 「ポルフィリンナノリングテンプレート内での表面合成」。Scientific Reports . 9 (1): 9352. doi :10.1038/s41598-019-45359-w. ISSN 2045-2322. PMC 6597552 . PMID 31249330.

[2] Li ZJ, Chen XL, Li HJ, Tu QY, Yang Z, Xu YP, Hu BQ (2001-05-01). 「GaN ナノリング、ナノリボン、ナノワイヤの合成とラマン散乱」.応用物理 A. 72 ( 5): 629–632. Bibcode :2001ApPhA..72..629L. doi :10.1007/s003390100796. S2CID 97904274.

[3] Kong XY、Ding Y、Yang R、Wang ZL (2004 年 2 月)。「極性ナノベルトのエピタキシャル自己コイル化によって形成された単結晶ナノリング」。Science。303 ( 5662 ): 1348–51。Bibcode : 2004Sci ...303.1348K。doi : 10.1126 /science.1092356。PMID 14988559。S2CID 17188546 。

[4] シカード、ランバート;ルーカス、ファビアン。ジャナン、オリヴィエ。ブイ、ピエール＝アントワーヌ。ロー・ベルトロ、ジョエル;クイントン、カサンドレ。ポリエル、シリル (2020-06-26)。「[ n ]-シクロ-9,9-ジブチル-2,7-フルオレン ( n = 4, 5): 炭素架橋シクロパラ-フェニレンにおけるナノリングサイズの影響」。アンゲワンテ・ケミー国際版。59 (27): 11066–11072。土井：10.1002/anie.202002517。ISSN 1433-7851。PMID 32255247。S2CID 215411130 。

[5] カサデモン＝ライグ、アイリーン;ゲレーロ・アビレス、ラウール。ラモスコルドバ、エロイ。トレント-スカラット、ミケル;マティート、エドゥアルド（2021-11-02）。「分子ナノリングはどの程度芳香を持っていますか? 6 ポルフィリンナノリング** の場合」。アンゲワンテ・ケミー国際版。60 (45): 24080–24088。土井：10.1002/anie.202108997。ISSN 1433-7851。PMC 8596448。PMID 34260804。

[6] ドロガット N、グラネット R、ソル V、クラウス P (2009 年 12 月)。「ワンポット銀ナノリング合成」。ナノスケール研究レター。5 (3):566-9。土井：10.1007/s11671-009-9505-5。PMC 2894113。PMID 20672109。

[7] Sprafke, Johannes K.; Kondratuk, Dmitry V.; Wykes, Michael; Thompson, Amber L.; Hoffmann, Markus; Drevinskas, Rokas; Chen, Wei-Hsin; Yong, Chaw Keong; Kärnbratt, Joakim; Bullock, Joseph E.; Malfois, Marc (2011-11-02). 「ベルト型πシステム：6ポルフィリンナノリングの幾何学的形状と電子構造の関係」アメリカ化学会誌。133 ( 43 ): 17262–17273. doi :10.1021/ja2045919. ISSN 0002-7863. PMID 21939246.

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[11] Miras, Haralampos N.; Richmond, Craig J.; Long, De-Liang; Cronin, Leroy (2012-02-29). 「モリブデンブルーナノリングの構造進化の溶液相モニタリング」. Journal of the American Chemical Society . 134 (8): 3816–3824. doi :10.1021/ja210206z. ISSN 0002-7863. PMID 22257105.

[12] 八木亜希子;瀬川康友伊丹健一郎 (2012-02-15) 「[9]シクロ-1,4-ナフチレンの合成と特性: π 拡張カーボンナノリング」。アメリカ化学会誌。134 (6): 2962–2965。土井：10.1021/ja300001g。ISSN 0002-7863。