Nanofabricação baseado em substrato de grande área de nanopartículas de ouro controláveis e personalizáveis através de Dewetting tampado
Summary
Este protocolo detalha uma nova técnica de fabricação de nano que pode ser usada para fazer filmes de nanopartículas controlável e personalizável em grandes áreas, com base na auto-montagem de dewetting dos filmes de metal tampados.
Abstract
Recentes descobertas científicas na utilização de nanopartículas metálicas para armazenamento de dados de alta densidade, dispositivo óptico melhorado desempenho e eficiência de conversão de energia aprimorado demonstraram o benefício potencial de seu uso em industrial aplicações. Estas aplicações requerem um controle preciso sobre nanopartículas tamanho, espaçamento e às vezes de forma. Esses requisitos têm resultou no uso de tempo e custo de etapas de processamento intensivo para produzir nanopartículas, tornando a transição para a aplicação industrial irrealista. Este protocolo irá resolver esse problema, fornecendo um método escalonável e acessível para a produção de grande área de nanopartículas filmes com nanopartículas melhorado controle em comparação com as técnicas atuais. Neste artigo, o processo será demonstrado com ouro, mas outros metais também podem ser usados.
Introduction
Fabricação de filme de grande-área de nanopartículas é criticamente importante para a adopção dos recentes avanços tecnológicos no armazenamento de dados de alta densidade e conversão de energia solar com o uso de nanopartículas plasmônico1,2, 3 , 4 , 5. Curiosamente, é as propriedades magnéticas de algumas dessas nanopartículas plasmônico, que fornecem essas nanopartículas com a capacidade de manipular e controlar a luz à escala nanométrica. Este controlabilidade de luz fornece a possibilidade de aprimorar armadilha luminosa da luz incidente em nanoescala e aumentar a absorvência da superfície. Com base nestas mesmas propriedades e ter a capacidade de ter nanopartículas em qualquer um magnetizado e um estado não-magnetizados, cientistas também estão definindo uma nova plataforma de armazenamento de dados digitais de alta densidade. Em cada uma dessas aplicações, é fundamental que uma grande área e nanofabricação acessível é desenvolvida técnica que permite o controle de tamanho de nanopartículas, espaçamento e forma.
As técnicas disponíveis para a produção de nanopartículas baseiam-se principalmente a litografia de nanoescala, que têm escalabilidade significativa e questões de custos. Tem havido vários estudos diferentes que têm tentado resolver o problema de escalabilidade destas técnicas, mas até à data, nenhum processo existe que fornece o nível de controle necessário para a fabricação de nanopartículas e é eficaz o suficiente para o tempo e custo adoção em aplicações industriais,6,7,8,9,10,11. Algumas recentes esforços de pesquisa melhoraram a controlabilidade de laser pulsado induzido dewetting (PLiD) e modelo Solid-State dewetting12,13,14, mas ainda têm significativos necessários etapas de litografia e, portanto, o problema de escalabilidade.
Este manuscrito, apresentamos o protocolo de um método de nanofabricação que irá abordar este problema de escalabilidade e custo que tem atormentado a adopção e utilização de nanopartículas filmes em aplicações industriais generalizadas. Este método de processamento permite o controle sobre as nanopartículas produzidas tamanho e espaçamento, manipulando as energias de superfície que ditam a auto-montagem das nanopartículas formadas. Aqui, vamos mostrar o uso desta técnica, utilizando uma fina camada de ouro para a produção de nanopartículas de ouro, mas recentemente publicamos uma versão ligeiramente diferente desse método usando um filme de níquel e, portanto, esta técnica pode ser usada com qualquer metal desejado. O objetivo desse método é produzir filmes de nanopartículas, minimizando o custo e a complexidade do processo e, portanto, modificamos a nossa abordagem anterior, que um sistema Ni-alumina usados deposição de camada atômica e a irradiação do laser de nanossegundos e substituído -los com deposição de vapor físico e um prato quente. O resultado do nosso trabalho em um sistema de Ni-alumina também mostrou um nível aceitável de controle sobre a morfologia da superfície após a dewetting15.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo é um processo fácil e viável para um processo de fabricação de nano para a produção de nanopartículas sobre um substrato em grandes áreas com características controláveis. O fenômeno dewetting, que leva à produção de partículas, baseia-se a tendência da camada de dewetted para alcançar a energia de superfície mínima. O controle sobre o tamanho e forma das partículas é direcionado com a deposição de uma segunda superfície na camada principal para sintonizar as energias de superfície, …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Reconhecemos o apoio da instalação de núcleo de microscopia na Utah State University para o resultado de SEM. Também reconhecemos a National Science Foundation (prêmio #162344) para o sistema de Sputtering do magnétron de DC, a National Science Foundation (prêmio #133792) para a (campo de elétrons e íons) FEI Quanta 650 e o departamento de energia, Universidade de Energia Nuclear Programa para o FEI Nova Nanolab 600.
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 |
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