Большой площади на основе субстрат нанотехнологические управляемые и настраиваемые наночастиц золота через максимум Dewetting
26 февраля 2019 г.
Этот протокол подробности Роман нано производство метод, который может использоваться для делать фильмы управляемые и настраиваемые наночастиц на больших площадях, на основе самостоятельной сборки из dewetting ограничен металлических пленок.
Наш протокол предоставляет методику настройки распределения наночастиц, изготовленных на субстрате, с изменением динамики выветровывания, без изменения толщины материала. Наша техника проста, но по-прежнему обеспечивает диапазон размеров частиц. Другие методы там требуют обширных литографических шагов, чтобы обеспечить контроль частиц.
Наш контроль распределения частиц обеспечивает метод изготовления наночастиц, который приносит пользу исследованиям, ориентированным на преобразование солнечной энергии, создание фотонических устройств и увеличение плотности хранения данных. Обратите пристальное внимание на толщины осаждения на каждом шагу. Наша техника чрезвычайно чувствительна к толщине слоя.
Видя эксперимент выполняется обеспечивает уровень детализации, которые не могут быть переданы в печати. Важно видеть примеры, движущиеся по всему процессу. Во-первых, очистить 100 нанометров диоксида кремния на кремниевом субстрате, используя ацетон промыть, а затем изопропил спирта промыть.
Высушите субстрат с помощью потока азотного газа. Загрузите субстрат в систему теплового испарителя и эвакуируйте камеру, чтобы достичь желаемого давления для осаждения металлической пленки. Убедитесь, что камера эвакуирована под давлением порядка 10 до минус шести торр для удаления воздуха и водяного пара в камере.
Используя систему теплового испарителя, откладываете золотую пленку при желаемой толщине, которая составляет пять нанометров в этом эксперименте. На втором этапе осаждения давление аргона составляет от одного до пяти миллиторов, и диапазон дается по мере того, как для калибровки скорости осаждения выбираются различные давления. Наша техника чрезвычайно чувствительна к толщинам пленки, как показано в наших результатах.
Крайне важно откалибровать ставки осаждения до депонирования пленок, чтобы обеспечить соответствующую толщину. После осаждения, вентиляционные камеры и удалить субстрат, с отложенной металлической пленкой, от тепловой испарителя системы. Затем загрузите субстрат с отложенной металлической пленкой в систему осаждения магнетрона прямого тока и эвакуируйтесь, чтобы достичь желаемого давления для осаждения укупорки пленки.
Чтобы найти образец в системе, поместите образец в блокировку нагрузки. И устройство передает образец в основную камеру осаждения, чтобы обеспечить достаточный уровень вакуума. Теперь, депозит укупорки слой желаемого материала и толщины, после аналогичной процедуры и состояния, как осаждение слоя золота.
С переменной толщиной Иллюмина, в данном случае. После осаждения, вентиляционные камеры и удалить подготовленный образец из системы осаждения распыления. Поместите пятинометровую золотую пленку, увенчаннуюИллюминой, на предварительно разогретую горячую пластину при 300 градусах по Цельсию и дайте образцу дью в течение одного часа.
Etch Illumina, оставляя золото и лежащий в основе субстрат с aqueous раствором гидроксида аммония и перекиси водорода при 80 градусах по Цельсию в течение одного часа. Для характеристики подготовьте образец для вакуумной совместимости путем полоскания ацетоном и изопропиловым спиртом. Затем высушите образец с помощью потока азотного газа.
Изображение наночастиц пленки с помощью сканирования электронной микроскопии в условиях высокого вакуума и при высоком увеличении. Выполните анализ изображений, чтобы получить информацию о размерах наночастиц и интервалах распределения. Протокол, описанный здесь, был использован для нескольких металлов и показал способность производить наночастицы на субстрате на большой площади, с управляемыми размерами и интервалами.
Здесь показаны репрезентативные результаты, которые подчеркивают способность контролировать размер и интервалы сфабрикованных наночастиц. Размер и расстояние распределения изготовленной наночастицы пленки будет зависеть от металла, субстрата, материала укупорки слоя, толщины металла и толщины укупорки слоя. Например, пятинометровая золотая пленка на диоксиде кремния с толщиной слоя оксида алюминия равна нулю, пяти, 10 и 20 нанометров приводит к среднему радиусу наночастиц 14,2, 18,4, 17,3 и 15,6 нанометров соответственно.
И средний интервал между неочастицами 36,9, 56,9, 51,3 и 47,2 нанометров соответственно. Для желаемого распределения частиц решающее значение имеет точный контроль толщины слоя осаждения. В зависимости от применения наночастиц пленки, больше характеристики может потребоваться.
Это будет включать в себя измерения на основе применения, такие как поглощение света и магнитные свойства. Исследования наночастиц пленки в применении могут быть выполнены с помощью этой техники, чтобы контролировать их размер частиц и распределения. Следует носить соответствующее средства индивидуальной защиты.
Особенно не вступают в контакт с офортами. Избегайте контакта с горячей пластиной.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен масштабируемый и экономически эффективный протокол изготовления пленок из металлических наночастиц большой площади с точным контролем размера и расстояния между наночастицами. Метод, продемонстрированный на примере наночастиц золота, исключает необходимость в сложных этапах литографии и может быть адаптирован для других металлов, что дает значительные преимущества для промышленного применения в области преобразования энергии, фотонных устройств и хранения данных.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нанофабрикация
- Материаловедение
- Прикладная физика
Теоретические основы
- Металлические наночастицы все чаще используются для повышения эффективности преобразования энергии, характеристик оптических устройств и плотности хранения данных.
- Точный контроль размера, расстояния между частицами и их формы имеет решающее значение для этих приложений.
- Традиционные методы изготовления часто требуют длительных и дорогостоящих процессов литографии.
- Существует потребность в масштабируемых и доступных методах, обеспечивающих улучшенный контроль над наночастицами.
Цель исследования
- Разработать и продемонстрировать простой масштабируемый протокол изготовления пленок из металлических наночастиц с контролируемым размером и расстоянием между ними.
- Предложить метод, который снижает сложность и стоимость обработки по сравнению с существующими методами.
- Обеспечить возможность крупносерийного производства, подходящего для промышленного применения.
Используемые методы
- Очистка диоксида кремния на кремниевых подложках путем промывки ацетоном и изопропиловым спиртом с последующей сушкой в потоке азота.
- Термическое испарение золотой пленки заданной толщины (например, 5 nm) в условиях высокого вакуума.
- Осаждение защитного слоя (например, оксида алюминия) методом магнетронного распыления с постоянным током.
- Термическое деветтинг (разрыв) пленки с защитным слоем на нагревательном планшете при 300°C в течение одного часа для инициирования формирования наночастиц.
- Химическое травление защитного слоя с использованием гидроксида аммония и перекиси водорода при 80°C.
- Характеристика пленок из наночастиц с помощью сканирующей электронной микроскопии и анализа изображений для определения распределения частиц по размеру и расстоянию между ними.
Основные результаты
- Данный протокол позволяет контролировать размер и расстояние между наночастицами путем регулирования толщины металлического и пассивирующего слоев.
- Типичные результаты показывают, что изменение толщины пассивирующего слоя влияет на средний радиус и расстояние между наночастицами.
- Для золотой пленки толщиной 5 nm с пассивирующими слоями оксида алюминия толщиной 0, 5, 10 и 20 nm средние радиусы наночастиц составили 14.2, 18.4, 17.3 и 15.6 nm, а среднее расстояние между ними — 36.9, 56.9, 51.3 и 47.2 nm соответственно.
- Метод применим к различным металлам и подложкам, что обеспечивает универсальность для различных исследовательских и промышленных целей.
Выводы
- Данный протокол предлагает простой и масштабируемый подход к созданию пленок из металлических наночастиц с регулируемыми свойствами.
- Точный контроль толщины осаждаемого слоя имеет решающее значение для достижения желаемого распределения наночастиц.
- Метод позволяет проводить дальнейшую характеризацию в зависимости от области применения, например, проводить оптические и магнитные измерения.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Масштабируемое нанофабрикование золотых наночастиц с точным контролем размера и расстояния между ними устраняет критический барьер на пути внедрения наноматериалов в промышленные исследования и разработки. Данный протокол позволяет получать воспроизводимые пленки наночастиц на подложках большой площади, что обеспечивает предсказуемость при интеграции в устройства и создании передовых материалов. Адаптируемость метода к различным металлам и подложкам расширяет область его применения в энергетике, фотонике и секторах хранения данных.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Обеспечивает систематическое изучение влияния размера и распределения наночастиц на свойства, имеющие значение для устройства.
- Способствует снижению механистических рисков за счет предоставления контролируемых платформ наноматериалов для проверки гипотез.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней на основе наноматериалов в трансляционных исследованиях.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированные наночастичные подложки для воспроизводимого последующего оптического или электронного анализа.
- Позволяет проводить количественную оценку явлений, зависящих от наночастиц, за счет контролируемого изготовления.
- Поддерживает масштабируемую подготовку готовых к анализу материалов для условий высокопроизводительного скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приведение свойств наноматериалов в соответствие с конкретными требованиями для разработки устройств или сенсоров.
- Обеспечение непрерывности процесса от открытия до доклинической валидации за счет обеспечения стабильных рабочих характеристик материала.
- Снижение риска неудач на поздних стадиях за счет поддержки прогностической оценки интеграции наноматериалов.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный протокол нанофабрикации применим на этапе между первичным поиском и идентификацией перспективных соединений, обеспечивая воспроизводимую платформу для скрининга материалов и создания прототипов устройств.
- Фундаментальная биология: обеспечивает поддержку исследований, основанных на проверке гипотез о воздействии наночастиц, за счет точного контроля физических параметров.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу субстраты с воспроизводимым распределением наночастиц для сравнительного анализа.
- Аналитика: облегчает количественный анализ изображений для определения распределения наночастиц по размеру и расстоянию между ними, обеспечивая получение достоверных данных.
- Трансляционные исследования: связывают поиск новых материалов с их характеристикой в прикладных задачах, поддерживая поэтапное внедрение с учетом рисков.
- Корпоративное использование: предлагает масштабируемые и адаптируемые возможности изготовления для различных программ НИОКР.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в приложениях с использованием наноматериалов.
- Операционная ценность: стандартизирует процесс изготовления, улучшает воспроизводимость и обеспечивает масштабируемость для промышленных НИОКР.
- Стратегическая ценность: служит основанием для принятия решений о продолжении или прекращении проекта и оптимизирует распределение капитала за счет раннего снижения рисков.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и ускоряет разработку активов на основе наноматериалов.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области осаждения тонких пленок и характеризации наноматериалов.
- Необходим доступ к термическим испарителям, системам магнетронного распыления и электронным микроскопам высокого разрешения.
- Требуется строгая калибровка и межгрупповая стандартизация параметров осаждения.
- Метод применим к различным металлам и подложкам, но чувствителен к толщине слоя и условиям процесса.
- Практические ограничения включают чувствительность к толщине осажденного слоя и необходимость проведения характеризации с учетом конкретного применения.
