Method Article

مساحة كبيرة على أساس الركيزة النانومترى من جسيمات نانوية الذهب يمكن السيطرة عليها وقابلة للتخصيص عبر توج ديويتينج

DOI:

10.3791/58827

⸱

February 26th, 2019

 , 
1Mechanical and Aerospace Engineering, Utah State University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا البروتوكول تفاصيل تقنية نانو-تصنيع رواية التي يمكن استخدامها لجعل الأفلام نانوحبيبات يمكن السيطرة عليها وتخصيص مساحات كبيرة على أساس التجميع الذاتي من ديويتينج توج الأفلام المعدنية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أثبتت التطورات العلمية في استخدام نانوحبيبات المعدني لكفاءة تحويل الطاقة المحسنة والأجهزة البصرية تحسين الأداء، وتخزين البيانات عالية الكثافة الفائدة المحتملة لاستعمالها في الصناعة التطبيقات. هذه التطبيقات تتطلب مراقبة دقيقة على مدى حجم نانوحبيبات والمباعدة بين الولادات، وفي بعض الأحيان الشكل. هذه المتطلبات قد أدت إلى الاستفادة من الوقت والتكلفة خطوات المعالجة المكثفة لإنتاج جسيمات نانوية، مما يجعل الانتقال إلى التطبيق الصناعي غير واقعية. هذا البروتوكول سيؤدي إلى حل هذه المشكلة عن طريق توفير وسيلة معقولة وقابلة لإنتاج الأفلام نانوحبيبات مساحة كبيرة مع مراقبة نانوحبيبات تحسن بالمقارنة مع التقنيات الحالية. في هذه المقالة، سوف يتجلى في العملية مع الذهب، ولكن يمكن أيضا استخدام المعادن الأخرى.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصنيع الفيلم نانوحبيبات مساحة كبيرة من الأهمية بمكان اعتماد التطورات التكنولوجية الأخيرة في تحويل الطاقة الشمسية، وتخزين البيانات عالية الكثافة باستخدام جسيمات نانوية plasmonic1،2، 3 , 4 , 5-من المثير للاهتمام، هو الخصائص المغناطيسية لبعض هذه الجسيمات النانوية plasmonic، التي توفر هذه الجسيمات النانوية مع القدرة على التلاعب والتحكم بالضوء على النانو. هذا للتحكم في ضوء ينص على إمكانية تعزيز فخ الخفيفة الضوء الحادث في النانو وزيادة أبسوربتيفيتي سطح. استناداً إلى هذه الخصائص نفسها، ولديها القدرة على أن جسيمات نانوية في أما ممغنط ودولة غير ممغنط، تعريف العلماء أيضا منصة جديدة لتخزين البيانات الرقمية عالية الكثافة. وفي كل من هذه التطبيقات، من الأهمية بمكان أن على منطقة كبيرة وأسعار معقولة النانومترى هو تطوير تقنية تسمح للسيطرة على حجم نانوحبيبات والمباعدة بين الولادات، والشكل.

وتستند التقنيات المتاحة لإنتاج جسيمات نانوية الغالب طباعة حجرية نانوية، التي لها قابلية كبيرة وتكاليف القضايا. وكانت هناك عدة دراسات مختلفة التي حاولت معالجة مشكلة قابلية هذه التقنيات، ولكن حتى الآن، لا توجد عملية موجود يوفر مستوى الرقابة اللازمة لتصنيع نانوحبيبات والتكلفة والوقت فعالة بشكل كاف اعتماد في التطبيقات الصناعية6،،من78،9،،من1011. مطلوب الأخيرة بعض الجهود البحثية تحسين التحكم الليزر النبضي المستحث ديويتينج (بليد) وقالب الحالة الصلبة ديويتينج12،،من1314، ولكن لا يزال لديهم كبيرة خطوات الطباعة الحجرية، وهكذا مشكلة الاستيعاب.

في هذه المخطوطة، نقدم بروتوكول أسلوب النانومترى الذي سيعالج هذه المسألة التدرجية والتكلفة التي ابتليت باعتماد واستخدام نانوحبيبات الأفلام في نطاق واسع من التطبيقات الصناعية. يسمح هذا الأسلوب معالجة السيطرة على حجم إنتاج نانوحبيبات والتباعد عن طريق التلاعب الطاقات السطحية التي تملي التجميع الذاتي من جسيمات نانوية تشكيلها. هنا، نحن توضح استخدام هذه التقنية باستخدام طبقة رقيقة من الذهب لإنتاج جسيمات نانوية الذهب، لكن قد قمنا مؤخرا بنشر إصدار مختلف قليلاً من هذا الأسلوب استخدام فيلم نيكل وبالتالي يمكن استخدام هذا الأسلوب مع أي المعدن المطلوب. والهدف من هذا الأسلوب لإنتاج أفلام نانوحبيبات مع التقليل من تكلفة وتعقيد العملية وهكذا نحن بتعديل نهجنا السابقة، التي تستخدم ترسيب طبقة الذرية واشعاع الليزر النانوسيكند على نظام ني-ألومينا والاستعاضة عنها لهم مع المادية بخار ترسب وطبق ساخن. كما أظهرت نتيجة لعملنا بشأن نظام ني-شركة ألومينا بمستوى مقبول من السيطرة على مورفولوجية السطح بعد ديويتينج15.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يتحقق باتباع البروتوكول مفصلاً تلفيق مساحة كبيرة من الأفلام نانوحبيبات الذهب يمكن السيطرة عليها وقابلة للتخصيص. ويتبع البروتوكول ثلاثة مجالات رئيسية هي إعداد (1) الركيزة (2) ديويتينج والنقش وتوصيف (3).

1-إعداد الركيزة

  1. تنظيف الركازة (100 نانومتر SiO2 في سي) باستخدام شطف الأسيتون متبوعاً شطف كحول الأيزوبروبيل والجاف ثم استخدام غاز2 تيار ن.
  2. تحميل الركيزة في النظام الحراري مبخر وإجلاء للوصول إلى الضغط المطلوب لترسب الفيلم معدنية. تأكد من أن الدائرة يتم إجلاؤهم إلى ضغط يقارب 10-6 عربة لإزالة الهواء وبخار الماء في قاعة.
  3. استخدام المبخر الحراري، إيداع الفيلم الذهب في السمك المطلوب (5 شمال البحر الأبيض المتوسط في هذه الحالة). تم الحصول على مصدر الذهب المواد في شكل أسلاك قطرها 0.5 مم من الذهب (99.99% نقي). ملاحظة أن يؤديها التحكم في سمك لجميع مراحل ترسب معايرة الجهاز، النظر في جميع المعالم الهامة وآخر قياس السمك. في كل مراحل الترسيب، الضغط الأرجون زوجين من ميليتورس (متور 1-5)، وترد المجموعة كضغوط مختلفة يتم اختيارها لمعايرة لأن معدل الترسيب.
  4. التنفيس وإزالة الركازة مع الفيلم معدنية المودعة من النظام المبخر الحراري. يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.
  5. تحميل الركازة مع الفيلم معدنية المودعة في نظام ترسب الرش ماغي التيار المباشر (DC) وإجلاء للوصول إلى الضغط المطلوب لترسب الفيلم متوجا (جدول المواد).
    1. لتحديد موقع العينة في الجهاز، وضع العينة في التحميل قفل والجهاز نقل العينة إلى قاعة ترسب الرئيسية لضمان مستوى كاف من فراغ. ملاحظة أن ترسب وضع حد أقصى لشركة ألومينا طبقة مكان حكايات في الخطوة التالية، وهو شرح هذه الخطوة في عملية وضع العينة في الجهاز وكيفية نقل العينة إلى قاعة ترسب الرئيسية.
  6. إيداع طبقة متوجا للمواد المطلوبة وسمك. علما أن ترسب الألومينا يتبع الإجراء وشرط لترسب طبقة الذهب، واﻷلومينا سمك متغير مماثلة في هذه الحالة. تم الحصول على مصدر المواد الألومينا في شكل قطرها 50.8 ملم، 6.35 مم سميكة الرش المستهدف من أكسيد الألومنيوم (99.5 ٪ نقية).
  7. ماغي تنفيس DC تفل غرفة الترسيب وإزالة العينة المعدة. (جدول المواد). يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.

2-ديويتينج والنقش

  1. ضع العينة المعدة على صفيحة ساخنة ساخنة مسبقاً. 5 نانومتر الذهب الفيلم توج مع شركة ألومينا، وحرارة العينة في 300 درجة مئوية والسماح بالعينة لدوت ح 1. يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.
  2. أحفر الألومينا في حين ترك الذهب والكامنة وراء SiO2/Si الركازة مع 3:1:1 = ح2O:NH4OH:H2س2 (في wt %) وينبغي اتخاذ الحل عند 80 درجة مئوية حاء 1 – علما بأن هذه العملية تتم في غطاء محرك السيارة وجميع الاحتياطات للتعامل مع المواد الخطرة المسببة للتآكل، والبيئية. يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.

3. وصف

  1. تحضير العينة ليكون فراغ متوافقة قبل الشطف بالأسيتون والكحول الأيزوبروبيل متبوعاً بالتجفيف مع ن2.
  2. صورة الأفلام نانوحبيبات باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) تحت التفريغ العالي وتكبير عالية (50، 000 X التكبير في هذه الحالة حل جسيمات نانوية الحجم الأدنى). يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.
  3. القيام بتحليل الصورة للحصول على معلومات حجم نانوحبيبات وتوزيعات المباعدة بين الولادات. تحليل الصور ويتم استخدام رمز MATLAB-على أساس تلك العتبات ينفذ الصورة الرمادية، والحد من الضوضاء، والجسيمات ملء الروتينية15.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

البروتوكول هو موضح هنا قد استخدمت للمعادن متعددة وأظهرت قدرة على إنتاج جسيمات نانوية على الركازة عبر المساحة الكبيرة، مع حجم يمكن السيطرة عليها، والمباعدة بين الولادات. ويبين الشكل 1 البروتوكول مع الممثل النتائج تظهر القدرة على التحكم في حجم نانوحبيبات ملفقة والمباعدة بين الولادات. عند اتباع هذا البروتوكول، ونتيجة لذلك، وهو الفيلم نانوحبيبات ملفقة مع حجم وتوزيع المسافات، سوف تعتمد على اختيار معدن، واختيار الركازة، واختيار وضع سقف لطبقة المواد وسماكة المعادن، ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

البروتوكول عملية سهلة وممكنة لعملية نانو-تصنيع لإنتاج جسيمات نانوية على الركازة مساحات كبيرة مع خصائص يمكن السيطرة عليها. ظاهرة ديويتينج، الأمر الذي يؤدي إلى إنتاج جزيئات، يستند إلى اتجاه طبقة ديويتيد إلى تحقيق الحد الأدنى من الطاقة السطحية. ويستهدف السيطرة على حجم وشكل من الجسيمات مع ترسب على سطح الثانية على الطبقة الرئيسية لضبط الطاقات السطحية، والتوازن النهائي بين الالتصاق والطاقة اللازمة لثني الطبقة متوجا على الجسيمات يحدد الأنظمة ديويتينج مختلفة، مما يؤدي إلى مورفولوجيس السطحية المختلفة. تم تصميم هذا البروتوكول وبره...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نعترف بالدعم من "مرفق الأساسية الفحص المجهري" في جامعة ولاية يوتا للنتيجة ووزارة شؤون المرأة. ونعترف أيضا "المؤسسة الوطنية للعلوم" (جائزة #162344) للعاصمة ماغي اﻷخرق النظام، المؤسسة الوطنية للعلوم (جائزة #133792) (مجال الإلكترون وأيون) 650 كمات فيي، وإدارة الطاقة، جامعة الطاقة النووية برنامج نانولاب نوفا فيي 600.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
100 نانومتر SiO2< / sub> / Si رقاقة جامعة الركيزةرقاقةالأكسيد الحراري رقاقة
الألومينا الاخرق المستهدف (99.5٪)Kurt J. Leskerالهدف
الألومينا الأسلاك الذهبية (99.99٪)Kurt J. LeskerGold Wire
H2< / sub>O2< / sub>Sigma-Aldrich
Hot PlateThermo ScientificCimarec
NH4< / sub>OHSigma-Aldrich
مجهر إلكتروني ماسحFEIQuanta 650
مجهر إلكتروني ماسحFEINova Nanolab 600
نظام ترسيبالرش AJA InternationalOrion-5
المبخر الحراريإدواردز360
د.م

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pillai, S., Catchpole, K. R., Trupke, T., Green, M. A. Surface plasmon enhanced silicon solar cells. Journal of Applied Physics. 101 (9), 093105(2007).
  2. Ding, B., Lee, B. J., Yang, M., Jung, H. S., Lee, J. -K. Surface-Plasmon Assisted Energy Conversion in Dye-Sensitized Solar Cells. Advanced Energy Materials. 1 (3), 415-421 (2011).
  3. Tehrani, S., Chen, E., Durlam, M., DeHerrera, M., Slaughter, J. M., Shi, J., Kerszykowski, G. High density submicron magnetoresistive random access memory (invited). Journal of Applied Physics. 85 (8), 5822-5827 (1999).
  4. Ross, C. A., et al. Fabrication of patterned media for high density magnetic storage. Journal of Vacuum Science & Technology B. 17, 3168(1999).
  5. Gu, M., Zhang, Q., Lamon, S. Nanomaterials for optical data storage. Nature Reviews Materials. 1, 16070(2016).
  6. Mock, J. J., Barbic, M., Smith, D. R., Schultz, D. A., Schultz, S. Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles. The Journal of Chemical Physics. 116 (15), 6755-6759 (2002).
  7. Su, K. -H. A., et al. Interparticle Coupling Effects on Plasmon. Resonances of Nanogold Particles, Nano Letters. 3 (8), 1087-1090 (2003).
  8. Lee, K., El-Sayed, M. A. Gold and Silver Nanoparticles in Sensing and Imaging: Sensitivity of Plasmon Response to Size, Shape, and Metal Composition. The Journal of Physical Chemistry B. 110 (39), 19220-19225 (2006).
  9. Grzelczak, M., Prez-Juste, J., Mulvaney, P., Liz-Marzn, L. M. Shape control in gold nanoparticle synthesis. Chemical Society Reviews. 37 (9), 1783-1791 (2008).
  10. Ye, J., Thompson, C. Templated Solid-State Dewetting to Controllably Produce Complex Patterns. Advanced Materials. 23 (13), 1567-1571 (2011).
  11. Huang, J., Kim, F., Tao, A., Connor, S., Yang, P. Spontaneous formation of nanoparticle stripe patterns through dewetting. Nature Materials. 4, 896-900 (2005).
  12. Hughes, R. A., Menumerov, E., Neretina, S. When lithography meets self-assembly: a review of recent advances in the directed assembly of complex metal nanostructures on planar and textured surfaces. Nanotechnology. 28 (28), 282002(2017).
  13. Kim, D., Giermann, A. L., Thompson, C. V. Solid-state dewetting of patterned thin films. Applied Physics Letters. 95 (25), 251903(2009).
  14. Fowlkes, J. D., Doktycz, M. J., Rack, P. D. An optimized nanoparticle separator enabled by electron beam induced deposition. Nanotechnology. 21 (16), 165303(2010).
  15. White, B. C. A., et al. The Effect of Different Thickness Alumina Capping Layers on the Final Morphology of Dewet Thin Ni Films. Applied Physics A. 124 (3), 233(2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Gold NanoparticlesNanoparticle FabricationSubstrate Based NanofabricationControlled DewettingCapped DewettingThermal EvaporationSputter DepositionScanning Electron MicroscopyNanoparticle Size ControlNanoparticle Spacing Control

Related Articles