大面积地下纳米化的可控、可定制金纳米粒子通过包盖湿法
Summary
该协议详细介绍了一种新的纳米制造技术, 该技术可用于在封盖金属薄膜脱湿的基础上, 在大面积范围内制造可控和可定制的纳米粒子薄膜。
Abstract
最近在利用金属纳米粒子提高能量转换效率、提高光学器件性能和高密度数据存储方面取得的科学进展表明, 它们在工业中的应用具有潜在的好处应用。这些应用需要精确控制纳米颗粒的尺寸、间距, 有时还需要精确的形状。由于这些要求, 需要使用时间和成本密集的加工步骤来生产纳米颗粒, 从而使向工业应用的过渡变得不现实。与目前的技术相比, 该协议将为大面积生产纳米颗粒薄膜提供一种可扩展且经济实惠的方法, 并改进纳米颗粒的控制。在本文中, 该过程将与黄金进行演示, 但也可以使用其他金属。
Introduction
大面积纳米粒子薄膜的制备对于采用最近在太阳能转换和高密度数据存储方面的技术进步至关重要, 使用的是等离子体纳米颗粒1,2,3 个,4 个,5. 有趣的是, 正是这些等离子体纳米粒子中的一些的磁性能, 为这些纳米粒子提供了在纳米尺度上操纵和控制光线的能力。这种光的可控性为提高入射光在纳米尺度上的光夹闭和提高表面的吸收性提供了可能性。基于这些相同的特性, 并具有在磁化和非磁化状态下拥有纳米粒子的能力, 科学家们还在为高密度数字数据存储定义一个新的平台。在上述每一种应用中, 开发大面积和经济实惠的纳米制造技术至关重要, 该技术允许控制纳米颗粒的尺寸、间距和形状。
生产纳米粒子的现有技术大多以纳米光刻为基础, 具有显著的可扩展性和成本问题。已经有多种不同的研究试图解决这些技术的可伸缩性问题, 但迄今为止, 还没有任何工艺能够提供纳米粒子制造所需的控制水平, 而且成本和时间足够有效。在工业应用中采用 6、7、8、9、10、11。最近的一些研究工作提高了脉冲激光诱导脱湿 (plid) 和模板化固体脱湿 12、13、14的可控性, 但它们仍然需要大量的要求光刻步骤, 从而解决可伸缩性问题。
在本手稿中, 我们介绍了一种纳米制造方法的协议, 该方法将解决这种可扩展性和成本问题, 这种问题一直困扰着纳米粒子薄膜在广泛的工业应用中的采用和使用。这种处理方法允许通过操纵决定所形成的纳米粒子自组装的表面能量来控制产生的纳米粒子的大小和间距。在这里, 我们演示了使用这种技术使用一个薄金薄膜生产金纳米粒子, 但我们最近发表了一个略有不同的版本, 这种方法使用镍薄膜, 因此这种技术可以用于任何所需的金属。这种方法的目的是生产纳米粒子薄膜, 同时最大限度地降低工艺的成本和复杂性, 因此我们修改了以前的方法, 即在 Ni-alumina 系统上使用原子层沉积和纳秒激光辐照, 并更换它们与物理气相沉积和一个热板。我们在镍氧化铝系统上的工作成果也显示出对脱湿15后表面形态的可接受控制水平.
Protocol
Representative Results
Discussion
该协议是一种可行、简便的纳米制造工艺, 用于在具有可控特性的大面积基板上生产纳米粒子。脱湿现象是基于脱湿层实现最小表面能量的趋势而产生的。对粒子大小和形状的控制目标是在主层沉积第二表面以调整表面能量, 以及在粘附和弯曲颗粒上的封盖层所需的能量之间的最终平衡决定不同的脱湿状态, 从而导致不同的表面形态。该协议是根据设备和工艺设计和演示的, 这些设备和工艺通常可?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢犹他州立大学显微镜核心设施对 sem 结果的支持。我们还感谢 dc 磁控管飞溅系统的国家科学基金会 (#162344 奖)、(现场电子和离子电池) fei quanta 650 的国家科学基金会 (#133792 奖) 以及核能大学能源部fei nova nanolab 600 的计划。
Materials
| 100 nm SiO2/Si Substrate | University Wafer | Thermal Oxide Wafer | |
| Alumina Sputter Target (99.5%) | Kurt J. Lesker | Alumina Target | |
| Gold Wire (99.99%) | Kurt J. Lesker | Gold Wire | |
| H2O2 | Sigma-Aldrich | ||
| Hot Plate | Thermo Scientific | Cimarec | |
| NH4OH | Sigma-Aldrich | ||
| Scanning Electron Microscope | FEI | Quanta 650 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Nova Nanolab 600 | |
| Sputter Deposition System | AJA International | Orion-5 | |
| Thermal Evaporator | Edwards | 360 |
Referências
- Pillai, S., Catchpole, K. R., Trupke, T., Green, M. A. Surface plasmon enhanced silicon solar cells. Journal of Applied Physics. 101 (9), 093105 (2007).
- 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).
- 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).
- Ross, C. A., et al. Fabrication of patterned media for high density magnetic storage. Journal of Vacuum Science & Technology B. 17, 3168 (1999).
- Gu, M., Zhang, Q., Lamon, S. Nanomaterials for optical data storage. Nature Reviews Materials. 1, 16070 (2016).
- 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).
- Su, K. -. H. A., et al. Interparticle Coupling Effects on Plasmon. Resonances of Nanogold Particles, Nano Letters. 3 (8), 1087-1090 (2003).
- 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).
- 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).
- Ye, J., Thompson, C. Templated Solid-State Dewetting to Controllably Produce Complex Patterns. Advanced Materials. 23 (13), 1567-1571 (2011).
- Huang, J., Kim, F., Tao, A., Connor, S., Yang, P. Spontaneous formation of nanoparticle stripe patterns through dewetting. Nature Materials. 4, 896-900 (2005).
- 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).
- Kim, D., Giermann, A. L., Thompson, C. V. Solid-state dewetting of patterned thin films. Applied Physics Letters. 95 (25), 251903 (2009).
- Fowlkes, J. D., Doktycz, M. J., Rack, P. D. An optimized nanoparticle separator enabled by electron beam induced deposition. Nanotechnology. 21 (16), 165303 (2010).
- 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).
