Recently, three-dimensional (3D) nano-processing technology that can increase design freedom and space efficiency of devices has been being rapidly developed, and is highly expected to provide a key path for the development of next-generation optical devices. This technology has shown a high possibility of success in realizing the future devices, but still are facing many challenges in the popularization and practical application. In particular, the ability of quickly, precisely, and stably fabricating complex 3D nanostructures composed of many individual elements is strongly demanded. In recent years, the so-called four-dimensional (4D) nanofabrication technology is attracting attention. The 4D nanofabrication is achieved by applying an external force to manufactured two-dimensional nanostructures, inducing deformation in time, and then precisely transforming them into 3D nanostructures. The 4D nanofabrication technology with excellent flexibility, versatility, functionality, and reconfiguration properties provides a new paradigm enabling effectively control the mechanical, electrical, and optical properties of existing materials. In this review, we examine the conventional methods for fabricating 3D nanostructures, and then investigate 4D nanofabrication technology in detail.
ZnO nanostructures were grown on R-plane sapphire substrates with seed layers annealed at different temperatures ranging from 600 to $800^{\circ}C$. The properties of the ZnO nanostructures were investigated by scanning electron microscopy, high-resolution X-ray diffraction, UV-visible spectrophotometer, and photoluminescence. For the as-prepared seed layers, ZnO nanorods and ZnO nanosheets were observed. However, only ZnO nanorods were grown when the annealing temperature was above $700^{\circ}C$. The crystal qualities of the ZnO nanostructures were enhanced when the seed layers were annealed at $700^{\circ}C$. In addition, the full width at half maximum (FWHM) of near-band-edge emission (NBE) peak was decreased from 139 to 129 meV by increasing the annealing temperature to $700^{\circ}C$. However, the FWHM was slightly increased again by a further increase in the annealing temperature. Optical transmittance in the UV region was almost zero, while that in the visible region was gradually increased as the annealing temperature increased to $700^{\circ}C$. The optical band gap of the ZnO nanostructures was increased as the annealing temperature increased to $700^{\circ}C$. It is found that the optical properties as well as the structural properties of the rod-shaped ZnO nanostructures grown on R-plane sapphire substrates by hydrothermal method are improved when the seed layers are annealed at $700^{\circ}C$.
Morales-Flores, N.;Galeazzi, R.;Rosendo, E.;Diaz1d, T.;Velumani, S.;Pal, U.
Advances in nano research
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제1권1호
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pp.59-70
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2013
ZnO nanostructures of rod-like, faceted bar, cup-end bars, and spindle shaped morphologies could be grown by a low power ultrasonic synthesis process. pH of the reaction mixture seems to plays an important role for defining the final morphology of ZnO nanostructures. While the solution pH as low as 7 produces long, uniform rod-like nanostructures of mixed phase (ZnO and $Zn(OH)_2$), higher pH of the reaction mixture produces ZnO nanostructures of different morphologies in pure hexagonal wurtzite phase. pH of the reaction as high as 10 produces bar shaped uniform nanostructures with lower specific surface area and lower surface and lattice defects, reducing the defect emissions of ZnO in the visible region of their photoluminescence spectra.
ZnS is well-known direct band gap II-VI semiconductor, and it attracts intense interest due to its excellent properties of luminescence which enable ZnS to have promising materials for optical, photonic and electronic devices. Especially, the emission wavelength of ZnS falls in the UV absorption band of most organic compoundsand biomolecules, thus it is envisaged that ZnS based devices may find applications in increasingly important fluorescence sensing. We have developed a facile and effective one-step process for the fabrication of single-crystalline and pure-wurtzite ZnS nanostructures possessing sharp band-edge emission at room-temperature having diverse length-to-width ratios. Each of nanostructures was composed of chemically pure, structurally uniform, single-crystalline, and defect-free ZnS. These features not only suppress trap or surface states emission centered at 420 nm, but also enhance UV band-edge emission centered at 327 nm, which give as-synthesized our ZnS nanostructures possible sharp UV emission at room temperature. The reaction medium consisting of mixed solvents such as hydrazine, ethylenediamine, and water as well as proper reaction time and temperature have played an important role in the crystallinity and optical properties of ZnS nanostructures. As-synthesized our ZnS nanostructures possessing sharp UV emission guarantee high potential for both fundamental research and technological applications.
Plasmonic-based biosensing technologies have been successfully commercialized and applied for monitoring various biomolecular interactions occurring at a sensor surface. In particular, the recent advances in nanofabrication methods and nanoparticle syntheses provide a new route to overcome the limitations of a conventional surface plasmon resonance biosensor, such as detection limit, sensitivity, selectivity, and throughput. In this paper, optical and physical properties of plasmonic nanostructures and their contributions to a realization of enhanced optical detection platforms are reviewed. Following vast surveys of the exploitation of metallic nanostructures supporting localized field enhancement, we will propose an outlook for future directions associated with a development of new types of plasmonic sensing substrates
Metallic nanostructures have great potential for bio-chemical sensor applications due to the excitation of localized surface plasmon and its sensitive response to environmental change. Unlike the commonly explored absorption-based sensing, the optical scattering provides single particle detection scheme. For the localized surface plasmon resonance spectroscopy, the metallic nanostructures with controlled shape and size have been usually fabricated on adhesion-layer pre-coated transparent glass substrates. In this study, we calculated the optical scattering properties of plasmonic Au nanodisc using a discrete dipole approximation method and analyzed the effect of adhesion layer on them. Our result also indicates that there is a trade-off between the surface plasmon damping and the capability of supporting nanostructures in determining the optimal thickness of adhesion layer. Marginal thickness of Ti adhesion layer for supporting Au nanostructures fabricated on a silica glass substrate was experimentally analyzed by an adhesion strength test using a nano-indentation technique.
ZnO nanostructures were synthesized by a vapor phase transport process in a single-zone furnace within a horizontal quartz tube with an inner diameter of 38 mm and a length of 485 mm. The ZnO nanostructures were grown on Au-catalyzed Si(100) substrates by using a mixture of zinc oxide and graphite powders. The growth of ZnO nanostructures was conducted at $800^{\circ}C$ for 30 min. High-purity Ar and $O_2$ gases were pushed through the quartz tube during the process at a flow rate of 100 and 10 sccm, respectively. The sequence of ON/OFF cycles of the Ar gas flow was repeated, while the $O_2$ flow is kept constant during the growth time. The Ar gas flow was ON for 1 min/cycle and that was OFF for 2 min/cycle. The structure and optical properties of the ZnO nanostructures were investigated by field-emission scanning electron microscope, X-ray diffraction, temperature-dependent photoluminescence. The preferred orientation of the ZnO nanostructures was along c-axis with hexagonal wurtzite structure.
ZnO nanostructures were grown by the hydrothermal method on ZnO seed layers post-heated in the range $350-500^{\circ}C$. The effects of the post-heated ZnO seed layers on the structural and optical properties of the ZnO nanostructures were investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, and photoluminescence (PL) spectroscopy. The average grain sizes in the ZnO seed layers increased with increasing post-heating temperature, and nano-fibrous structures were observed on the surface of the ZnO seed layers post-heated at $450^{\circ}C$. The ZnO seed layers post-heated in the range $350-500^{\circ}C$ affected the residual stress, lattice distortion in the ZnO nanostructures and the intensity, positions, and full widths at half maximum of the 2-theta and PL peaks in the XRD and PL spectra for the ZnO nanostructures.
Seokhwan Kim;Jong Wook Roh;Dong Choon Hyun;Seonhwa Park;Yuho Min
한국전기전자재료학회논문지
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제37권5호
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pp.547-553
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2024
Precise control over the morphology of nanostructures is critical for tailoring their physical and chemical properties. This study addresses the challenge of developing a simple, integrated method for synthesizing both 1D and 2D colloidal Cu nanostructures in a single system, achieving successful tuning of their localized surface plasmon resonance (LSPR) properties. A facile hydrothermal synthesis utilizing potassium iodide (KI) and hexadecylamine (HDA) is presented for controlling Cu nanostructure morphologies. The key to achieving 1D nanowires (NWs) and 2D nanoplates (NPs) depends on the controlled adsorption of HDA molecules and iodide (I-) ions on specific crystal facets. Depending on the morphologies, the resultant Cu nanostructures exhibit tunable LSPR peaks from 558 nm [nanoplates (NPs)] to 590 nm [nanowires (NWs)]. These results pave the way for the scalable and cost-effective production of plasmonic Cu nanostructures with tunable optical properties, holding promise for applications in sensing, catalysis, and photonic devices.
Cadmium compounds with one dimension (1D) nanostructures have attracted attention for their excellent electrical and optical properties. In this study, vertically aligned CdTe-Si nanostructures with high density were synthesized by several simple chemical reactions. First, l D Te nanostructures were synthesized by silver assisted chemical Si wafer etching followed by a galvanic displacement reaction of the etched Si nanowires. Nanowire length was controlled from 1 to $25{\mu}m$ by adjusting etching time. The Si nanowire galvanic displacement reaction in $HTeO_2{^+}$ electrolyte created hybrid 1D Te-branched Si nanostructures. The sequential topochemical reaction resulted in $Ag_2Te-Si$ nanostructures, and the cation exchange reaction with the hybrid 1D Te-branched Si nanostructures resulted in CdTe-Si nanostructures. Wet chemical processes including metal assisted etching, galvanic displacement, topochemical and cation exchange reactions are proposed as simple routes to fabricate large scale, vertically aligned CdTe-Si hybrid nanostructures with high density.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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