تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي
Summary
وصفنا المنهج التجريبي لإيداع الأفلام أكسيد رقيقة ذات البنية النانومترية بواسطة ترسب النانوسيكند الليزر النبضي (PLD) في وجود الغاز الخلفية. باستخدام هذا الأسلوب آل مخدر أكسيد الزنك (AZO) أفلام، من تنظيم هرمي إلى الاتفاق كما نانو شجرة الغابات، يمكن المودعة.
Abstract
ترسب النانوسيكند الليزر النبضي (PLD) في وجود الغاز الخلفية يسمح للترسب أكاسيد المعادن مع الانضباطي التشكل، والكثافة، وهيكل ورياضيات الكيمياء من قبل الرقابة السليمة لديناميات البلازما التوسع عمود. يمكن استغلال هذه براعة لإنتاج أفلام ذات البنية النانومترية من nanoporous المدمجة وكثيفة لتتميز الجمعية الهرمي للنانو الحجم مجموعات. ولا سيما أننا وصف منهجية مفصلة لصنع نوعين من آل مخدر أفلام (AZO) أكسيد الزنك وأقطاب شفافة في الأجهزة الضوئية: 1) انخفاض ضغط على 2 O، والتعاقد مع الأفلام التوصيل الكهربائي وإغلاق الشفافية الضوئية للدولة من الفن يمكن إيداع إجراء أكاسيد شفافة (TCO) في درجة حرارة الغرفة، لتكون متوافقة مع المواد الحساسة حراريا مثل البوليمرات المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية العضوية (OPVs)؛ 2) ضوء الهياكل الهرمية للغاية نثر تشبه غابة من أشجار النانو هي همزuced في أعلى الضغوط. هذه الهياكل شاهد أعلى عامل بالضباب (> 80٪) ويمكن استغلالها لتعزيز قدرة محاصرة الخفيفة. يمكن تطبيق الطريقة الموصوفة هنا للأفلام AZO لأكاسيد المعادن الأخرى ذات الصلة للتطبيقات التكنولوجية مثل قيس 2، آل 2 O 3، WO 3 و 4 O حج 4.
Introduction
نابض ترسب الليزر (PLD) يعمل الليزر التذرية من هدف الصلبة مما يؤدي إلى تشكيل البلازما من الأنواع التي يمكن أن ذاب يودع على ركيزة للنمو فيلم (انظر الشكل 1) 1. ويمكن استخدام التفاعل مع جو الخلفية (خاملة أو رد الفعل) للحث على كتلة متجانسة التنوي في الطور الغازي (انظر الشكل 2) 2،3. ويستند استراتيجيتنا لتخليق المواد التي PLD على ضبط خصائص المواد في نهج من القاعدة إلى القمة من خلال التحكم بعناية ديناميات البلازما ولدت في عملية PLD. يمكن أن تختلف حجم الكتلة والطاقة الحركية وتكوينها بواسطة الإعداد السليم من المعلمات ترسب التي تؤثر على النمو والفيلم ينتج عنها تغييرات شكلية وهيكلية 4،5. من خلال استغلال وصف الأسلوب هنا أثبتنا، لعدد من أكاسيد (مثل WO 3، 4 O حج 4، آل 2 O 3 علىقيس الثاني 2)، والقدرة على ضبط الصرف، والكثافة والمسامية، درجة من النظام الهيكلي، رياضيات الكيمياء والمرحلة عن طريق تعديل هيكل المواد على مقياس النانو 6-11. وهذا يسمح للتصميم المواد لتطبيقات محددة 12-16. مع الإشارة إلى التطبيقات الكهروضوئية، ونحن توليفها قيس ذات البنية النانومترية 2 تنظيم هرمي من الجسيمات النانوية تجميع (<10 نانومتر) في mesostructure نانو و-يشبه "غابة من الأشجار '13 تظهر نتائج مثيرة للاهتمام عندما يعملن في خلايا الصبغة photoanodes الشمسية توعية (DSSC ) 17. بناء على هذه النتائج السابقة وصفنا بروتوكول لترسب آل مخدر أفلام (AZO) أكسيد الزنك أكسيد باعتباره إجراء شفافة.
أكاسيد شفافة إجراء (الإدارة المعنية) هي ذات فجوة الحزمة عالية (> 3 إلكترون فولت) مواد تحويلها إلى الموصلات من المنشطات الثقيلة، وعرض المقاومية <10 -3 أوم سم، وأكثر من 80٪ transmi البصريةttance في المدى المنظور. فهي عنصر أساسي للعديد من التطبيقات مثل الشاشات التي تعمل باللمس والخلايا الشمسية 18-21 وتزرع عادة من قبل تقنيات مختلفة مثل الاخرق وترسب الليزر النبضي، ترسيب الأبخرة الكيميائية، والانحلال الحراري رذاذ مع الطرق الكيميائية حل مقرا لها. بين الإدارة المعنية، وقد تم الإنديوم أكسيد القصدير (ITO) درس على نطاق واسع لمقاومتها منخفضة لكنها تعاني من العيب من تكلفة عالية وقلة توافر الإنديوم. البحث يتحرك الآن نحو الإنديوم خالية أنظمة مثل 2 سنو F-مخدر (FTO)، آل مخدر أكسيد الزنك (AZO) وF-مخدر أكسيد الزنك (FZO).
أقطاب قادرة على توفير إدارة ذكية من الضوء الساقط (احتباس الضوء) مثيرة للاهتمام بشكل خاص للتطبيقات الضوئية. لاستغلال إمكانية للضوء مبعثر مرئية عبر الهياكل والأشكال التضاريسية التضمين على نطاق مماثل لطول موجة الضوء (مثل 300-1،000 نيو مكسيكو)، وسيطرة جيدة علىوهناك حاجة مورفولوجيا الفيلم وعلى أبنية الجمعية العنقودية.
ولا سيما ونحن تصف كيفية ضبط الصرف وهيكل الأفلام AZO. ويتميز المدمجة AZO المودعة في الضغط المنخفض (2 با الأكسجين) في درجة حرارة الغرفة وقبل المقاومة منخفضة (4.5 × 10 سم أوم -4) ومرئية الشفافية ضوء (> 90٪) وهي نسبة تنافسية مع AZO المودعة في درجات حرارة عالية، في حين AZO ويتم الحصول من الهياكل الهرمية في ablating الضغوط 2 O أعلى من 100 بنسلفانيا هذه الهياكل عرض تشتت الضوء القوي مع عامل القدرة الضباب تصل إلى 80 في المائة وأكثر من 22،23.
Protocol
Representative Results
Discussion
شكل سحابة البلازما يرتبط ارتباطا وثيقا بعملية التذرية، وخاصة في وجود الغاز، ورصد عمود البلازما عن طريق التفتيش البصري المهم للسيطرة على الترسيب. عندما إيداع أكسيد المعادن من ablating هدفا أكسيد، هناك حاجة إلى الأكسجين لدعم الخسائر الأكسجين أثناء عملية الاجتثاث. في أقل …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number |
| Pulsed Laser | Continuum-Quantronix | Powerlite 8010 |
| Power meter | Coherent | FieldMaxII-TO |
| Ion Gun | Mantis Dep | RFMax60 |
| Mass flow controller | Mks | 2179 ° |
| Quartz Crystal Microbalance | Infcon | XTC/2 |
| Background gas | Rivoira-Praxair | 5.0 oxygen |
| Target | Kurt Lesker | (made on request) |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 190764-2L |
| Source meter | Keithley | K2400 |
| Magnet Kit | Ecopia | 0.55T-Kit |
| Spectrophotometer | PerkinElmer | Lambda 1050 |
References
- Chrisey, D. B., Hubler, G. K. . Pulsed Laser Deposition of Thin Films. , (1994).
- Lowndes, D. H., Geohegan, D. B., Puretzky, A. A., Norton, D. P., Rouleau, C. M. Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition. Science. 273, 898 (1996).
- Di Fonzo, F., Bailini, A., Russo, V., Baserga, A., Cattaneo, D., Beghi, M. G., Ossi, P. M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Synthesis and characterization of nanostructured tungsten and tungsten oxide films. Catalysis Today. 116, 69-73 (2006).
- Casari, C. S., Foglio, S., Passoni, M., Siviero, F., Bottani, C. E., Li Bassi, A. Energetic regimes and growth mechanisms of pulsed laser deposited Pd clusters on Au(111) investigated by in situ Scanning Tunneling Microscopy. Physical Review B. 84 (111), 155441 (2011).
- Cattaneo, D., Foglio, S., Casari, C. S., Li Bassi, A., Passoni, M., Bottani, C. E. Different W cluster deposition regimes in pulsed laser ablation observed by in situ Scanning Tunneling Microscopy. Surface Science. 601, 1892-1897 (2007).
- Bailini, A., Di Fonzo, F., Fusi, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Russo, V., Baserga, A., Bottani, C. E. Pulsed laser deposition of tungsten and tungsten oxide thin films with tailored structure at the nano- and mesoscale. Applied Surface Science. 253, 8130-8135 (2007).
- Fusi, M., Russo, V., Casari, C. S., Li Bassi, A., A, C. E., Bottani, Titanium oxide nanostructured films by reactive pulsed laser deposition. Applied Surface Science. 255 (10), 5334-5337 (2009).
- Dellasega, D., Facibeni, A., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured High Valence Silver Oxide Produced by Pulsed laser Deposition. Applied Surface Science. 255 (10), 5248-5251 (2009).
- Di Fonzo, F., Tonini, D., Li Bassi, A., Casari, C. S., Beghi, M. G., Bottani, C. E., Gastaldi, D., Vena, P., Contro, R. Growth regimes in pulsed laser deposition of alumina films. Applied Physics A. 93, 765-769 (2008).
- Bailini, A., Donati, F., Zamboni, M., Russo, V., Passoni, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Pulsed Laser Deposition of Bi2Te3 Thermoelectric Films. Applied Surface Science. 254, 1249-1254 (2007).
- Baserga, A., Russo, V., Fonzo, F. D. i., Bailini, A., Cattaneo, D., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured Tungsten Oxide With Controlled Properties: Synthesis And Raman Characterization. Thin Solid Films. 515, 6465-6469 (2007).
- Dellasega, D., Facibeni, A., Di Fonzo, F., Bogana, M., Polissi, A., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured Ag4O4 films with enhanced antibacterial activity. Nanotechnology. 19, 475602 (2008).
- Fonzo, F. D. i., Casari, C. S., Russo, V., Brunella, M. F., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Hierarchically organized nanostructured TiO2 for photocatalysis applications. Nanotechnology. 20, 015604 (2009).
- Torta, F., Fusi, M., Casari, C. S., Bottani, C. E., Bachi, A. Titanium Dioxide Coated MALDI plate for on target Analysis of Phosphopeptides. Journal of Proteome Research. 8, 1932-1942 (2009).
- Ponzoni, A., Russo, V., Bailini, A., Casari, C. S., Ferroni, M., Li Bassi, A., Migliori, A., Morandi, V., Ortolani, L., Sberveglieri, G., Bottani, C. E. . Structural And Gas-Sensing Characterization Of Tungsten Oxide Nanorods And Nanoparticles. Sensors & Actuators: B. Chemical B. 153, 340-346 (2011).
- Li Bassi, A., Bailini, A., Donati, F., Russo, V., Passoni, M., Mantegazza, A., Casari, C. S., Bottani, C. E. Thermoelectric properties of Bi-Te Films with controlled structure and morphology. Journal of Applied Physics. 105, 124307 (2009).
- Sauvage, F., Di Fonzo, F., Li Bassi, A., Casari, C. S., Russo, V., Divitini, G., Ducati, C., Bottani, C. E., Comte, P., Graetzel, M. Bio-inspired hierarchical TiO2 photo-anode for dye-sensitized solar cells. Nano Letters. 10, 2562-2567 (2010).
- Grankvist, C. G. Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review. Solar Energy Materials & Solar Cells. 91, 1529 (2007).
- Minami, T. Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes. Semicond. Sci. Technol. 20, S35 (2005).
- Fortunato, E., et al. Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics. MRS Bulletin. 32, 242 (2007).
- Exarhos, G. J., et al. Discovery-based design of transparent conducting oxide films. Thin Solid Films. 515, 7025 (2007).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Mart-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. Structural and functional properties of Al:ZnO thin films grown by Pulsed Laser Deposition at room temperature. Thin Solid Films. 520, 4707-4711 (2012).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Carminati, M., Russo, V., Li Bassi, A., Casari, C. S. Structure-dependent optical and electrical transport properties of nanostructured Al-doped ZnO. Nanotechnology. 23, 365706 (2012).
- Casari, C. S., Li Bassi, A., Arkin, W. T. Pulsed Laser Deposition of Nanostructured Oxides: from Clusters to Functional Films. Advances in Laser and Optics Research. 7, 65-100 (2012).
- Amoruso, S., Sambri, A., Vitiello, M., Wang, X. Plume expansion dynamics during laser ablation of manganates in oxygen atmosphere. Applied Surface Science. 252, 4712-4716 (2006).
- Uccello, A., Dellasega, D., Perissinotto, S., Lecis, N., Passoni, M. Nanostructured Rhodium Films for Advanced Mirrors Produced by Pulsed Laser Deposition. Journal of Nuclear Materials. , (2013).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Martí-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. Highly Performing Al:ZnO Thin Films grown by Pulsed Laser Deposition at Room Temperature. Nanoscience and Nanotechnology. , (2013).
