ナノロッド

酸化亜鉛（ZnO）ナノロッド（ナノワイヤとも呼ばれる）は、 GaNと同様の 3.37 eVの直接バンドギャップエネルギーを持ち、励起結合エネルギーは 60 meV です。ZnO ナノロッドの光学的バンドギャップは、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開発されているアプローチです。典型的な成長プロセスでは、ZnO 蒸気が固体基板上に凝縮されます。ZnO 蒸気は、熱蒸着、化学還元、および気液固（VLS）法の 3 つの方法で生成できます。熱蒸着法では、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 の還元によって生成された亜鉛蒸気を成長ゾーンに運び、その後 ZnO に再酸化します。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ているプロセスです。典型的なプロセスでは、触媒液滴を基板上に堆積し、Zn 蒸気と CO/CO ₂の混合物を含むガス混合物を触媒と基板の界面で反応させ、核生成と成長が起こります。典型的な金属触媒には、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に成長し、単層アレイに集合します。金属有機化学気相成長法 ( MOCVD ) も開発されています。このプロセスには触媒は関与せず、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、Fe₂O₃、V₂O₅^など）は、_熱酸化_{プロセスで}出発金属を空気中で加熱するだけで簡単に作製できる。 ^{[ 4 ]}_{例えば、CuOナノロッドの密な「カーペット」を作るには、} Cu箔を空気中で420℃で加熱するだけで十分であることがわかった。  °C。これらの製造方法とは別に、ZnOナノロッドとチューブは、深紫外リソグラフィー、ドライエッチング、原子層堆積（ALD）の組み合わせによって製造することができる。^{[ 5 ]}

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、平面 LED と比較して発光表面積が大きいため、効率と発光が向上します。^{[ 8 ]}インク印刷量子ドットナノロッド LED (QNED) ディスプレイは、 QD-OLEDディスプレイ の有機 OLED 層を InGaN ナノロッド LED に置き換える形で、サムスンによって研究されています。^{[ 9 ]}

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確立された方法です。^{[ 10 ]}典型的な成長プロトコルでは、シードとして機能するセチルトリメチルアンモニウムブロミド（CTAB）またはクエン酸塩で覆われた金ナノスフェアをバルクHAuCl4成長溶液に添加します。成長溶液は、_セチルトリメチルアンモニウムブロミド（CTAB）界面活性剤と銀イオンの存在下で、アスコルビン酸による_HAuCl4の還元によって得られます。硝酸銀がない場合、3段階の添加手順を使用することで、より長いナノロッド（アスペクト比が25まで）を得ることができます。このプロトコルでは、不均一な堆積の速度、ひいては結晶成長の速度を制御するために、シードが成長溶液に順次添加されます。

この方法の欠点は、金ナノスフェアの形成であり、これは容易ではない分離と洗浄を必要とする。この方法の改良の1つでは、核生成および成長手順でクエン酸ナトリウムがより強力なCTAB安定剤に置き換えられている。pHを上げることは、多分散性の増加を犠牲にして、高収率（> 90%）で高アスペクト比（> 25:1）のナノロッドを達成するもう1つの方法である。^{[ 11 ]}もう1つの改良は、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%以上の収率で得られる。^{[ 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析出によって単分子層を形成することができる。ここで、銀の析出は金の析出と競合し、それによって特定の結晶面の成長速度を遅らせ、一方向の成長とロッドの形成を可能にする。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）や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、リン脂質などの生体分子を用いて、安定性に影響を与えることなくナノロッド表面からCTABを置換できることが報告されている。^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

カチオン交換は、従来からあるが有望なナノロッド合成法である。ナノロッドにおけるカチオン交換変換は速度論的に有利であり、多くの場合形状が維持される。バルク結晶系と比較して、ナノロッドのカチオン交換は表面積が大きいため数百万倍速い。既存のナノロッドは、従来の湿式化学合成では得られない様々なナノロッドを作るためのテンプレートとして機能する。さらに、部分的な変換によって複雑さを加え、ナノロッドヘテロ構造を作ることができる。^{[ 17 ]}