Novel DNA-Templated Nanotechnology Devices
新型 DNA 模板纳米技术设备
基本信息
- 批准号:2281203
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2019
- 资助国家:英国
- 起止时间:2019 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Aims The main aim of this project is the preparation of devices such as transistors and sensors using novel semiconducting materials prepared by coating a long thin molecular template (DNA) in order to form wires with a diameter on the scale of a few nanometres - nanowires. A nanometer is a 10-millionth of a centimetre and the DNA double helix is about 2 nm in diameter. DNA is also a relatively stiff molecule, which is essential if the material coating the DNA is to take the form of a long, thin wire. Other advantages to DNA-templating methods derive from the fact that DNA is water soluble and the chemistry required to coat these molecules is mild and takes place at ambient temperature in aqueous solution. Indeed, nanowires prepared in aqueous solution may be readily converted into inks that can be used to create electronics by inkjet printing technology. The project aims are:1. To prepare a range of semiconducting nanowires on DNA templates.2. To prepare aqueous nanowire inks and use these to print electronic devices.3. To assess the electrical performance of transistors prepared from DNA-templated nanowires.Methodology and ApproachThe project will be laboratory based with various preparation and characterisation methods being utilized. DNA-templated nanowires can be prepared in various ways using both metal sulfides (MS) or conducting polymers (CP). Cadmium sulphide (CdS) will be the main semiconductor studied used during this project; it is prepared by precipitation of an aqueous solution of a cadmium salt using sulfide-in the presence of DNA. In the absence of DNA, the CdS forms as particles, but under appropriate conditions, the CdS will form on the DNA molecules as a wire. Conductive polymers, such as polypyrrole, can be formed by oxidation of the monomer (repeat unit) in aqueous solution by ferric chloride.The nanowires will be characterised using methods such as UV-Vis absorption and atomic force microscopy (AFM) to confirm the size and composition of the nanowires. To-date only simple measurements of current at fixed applied voltage using two contacts have been recorded for this type of nanowire and the project aims to develop the methods required to produce transistors that require three contacts to be applied to each nanowire. The third contact will act as a gate to regulate the flow of current between the other two. Training will take place in the necessary chemical, inkjet printing and clean-room techniques to produce 3 terminal devices from the nanowires using photolithography and metal deposition. These devices will then be tested using a probe station to evaluate their performance as transistors. In addition to cadmium sulfide (CdS), there are other promising semiconductor materials that can be prepared on DNA in aqueous solutions. Many metal sufides with semiconductive behaviour are known and these may be produced by precipitating the metal sulfide from an aqueous metal salt in the presence of DNA. Other interesting and promising semiconducting materials include bismuth telluride (Bi2Te3) due to its narrow band gap of 0.21 eV. Templating this onto DNA is possible using galvanic displacement of DNA templated copper nanowires, however no electrical measurements have yet been reported. Characterisation of the prepared Bi2Te3 nanowires will involve AFM as well as energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and photoemission spectroscopy to confirm their chemical composition. Bismuth compounds are of particular interest for manufacturing technology because they are often non-toxic and are environmentally benign.After sufficient electrical testing has taken place the CdS and Bi2Te3 NW's will then be adapted to form an ink using a mixture of water and ethylene glycol. Inks must be able to pass through the jets in an inkjet printer meaning that certain properties must be optimised such as viscosity.
该项目的主要目的是使用新型半导体材料制备晶体管和传感器等器件,该新型半导体材料通过涂覆长而薄的分子模板(DNA)来制备,以形成直径为几纳米尺度的导线-纳米线。一纳米是一厘米的千万分之一,DNA双螺旋的直径约为2纳米。DNA也是一种相对坚硬的分子,如果DNA的涂层材料要呈细长的金属丝形式,这一点是必不可少的。DNA模板法的其他优点来自于DNA是水溶性的,并且包覆这些分子所需的化学性质是温和的,并且在环境温度下在水溶液中发生。实际上,在水溶液中制备的纳米线可以容易地转化为可以用于通过喷墨印刷技术创建电子器件的油墨。本项目的目标是:1.在DNA模板上制备一系列半导体纳米线.制备水性纳米线油墨并用于印刷电子器件。为了评估从DNA模板纳米线制备的晶体管的电性能。方法和ApproachThe项目将是基于实验室的各种制备和表征方法正在使用。DNA模板纳米线可以用金属硫化物(MS)或导电聚合物(CP)以各种方式制备。硫化镉(CdS)将是本项目研究中使用的主要半导体;它是在DNA存在的情况下,通过使用硫化物沉淀镉盐的水溶液制备的。在没有DNA的情况下,CdS形成为颗粒,但在适当的条件下,CdS将在DNA分子上形成为线。导电聚合物,如聚吡咯,可以通过氯化铁在水溶液中氧化单体(重复单元)形成。纳米线将使用紫外可见吸收和原子力显微镜(AFM)等方法进行表征,以确定纳米线的尺寸和组成。到目前为止,只有简单的测量电流在固定的施加电压使用两个接触已记录为这种类型的纳米线和该项目的目的是开发所需的方法来生产晶体管,需要三个接触被施加到每个纳米线。第三个触点将作为一个门来调节其他两个之间的电流流动。培训将在必要的化学,喷墨印刷和洁净室技术,以生产3终端设备的纳米线使用光刻和金属沉积。然后将使用探针台对这些器件进行测试,以评估它们作为晶体管的性能。 除了硫化镉(CdS)之外,还有其他有前途的半导体材料可以在水溶液中在DNA上制备。已知许多具有氧化行为的金属硫化物,并且这些金属硫化物可以通过在DNA存在下使金属硫化物从金属盐水溶液中沉淀来制备。其他感兴趣的和有前途的半导体材料包括碲化铋(Bi 2 Te 3),由于其0.21 eV的窄带隙。将其模板化到DNA上是可能的,使用DNA模板化的铜纳米线的电流位移,然而还没有电测量的报道。所制备的Bi 2 Te 3纳米线的表征将涉及AFM以及能量色散X射线光谱(EDX)和光电子能谱,以确认其化学组成。在进行了充分的电气测试之后,CdS和Bi 2 Te 3 NW将使用水和乙二醇的混合物进行调整以形成油墨。油墨必须能够通过喷墨打印机中的喷嘴,这意味着必须优化某些特性,例如粘度。
项目成果
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