Stort område substrat-baseret Nanofabrication af kontrollerbar og kan tilpasses guld nanopartikler Via reducerede Dewetting
Summary
Denne protokol beskriver en ny nano-fremstilling teknik, der kan bruges til at lave film, kontrollerbar og kan tilpasses nanopartikel over store områder baseret på den samlesæt af dewetting af udjævnede metal film.
Abstract
De seneste videnskabelige fremskridt i udnyttelsen af metallisk nanopartikel for øget energi konverteringseffektivitet, forbedret optisk enhed ydeevne og high density datalagring har vist den potentielle fordel for deres anvendelse i industrielle applikationer. Disse programmer kræver præcis kontrol over nanopartikel størrelse, afstand, og undertiden form. Disse krav har resulteret i brug af tid og koste intensiv behandlingstrin for at producere nanopartikler, hvilket gør overgangen til industribrug urealistisk. Denne protokol vil løse dette problem ved at give en skalerbar og billig metode til store flader produktion af nanopartikel film med forbedret nanopartikel kontrol i forhold til de nuværende teknikker. I denne artikel, processen vil blive demonstreret med guld, men andre metaller kan også bruges.
Introduction
Large-området nanopartikel film fabrikation er af afgørende betydning for vedtagelsen af de seneste teknologiske fremskridt i solenergi konvertering og high density datalagring med brug af plasmonic nanopartikler1,2, 3 , 4 , 5. det er interessant, er de magnetiske egenskaber af nogle af disse plasmonic nanopartikler, som giver disse nanopartikler med evnen til at manipulere og kontrollere lys på nanoplan. Denne kontrollerbarhed lysets giver mulighed for at forbedre lys fastklemning af det indfaldende lys på nanoskalaen og øge optagelighed af overfladen. Baseret på disse samme egenskaber og har mulighed for at have nanopartikler i enten en magnetiseret og en ikke-magnetisk stat, forskere også definere en ny platform for high-density digitale dataopbevaring. I hvert af disse programmer, er det kritisk at et stort område og overkommelig nanofabrication teknik er udviklet at tillader nemlig kontrol af nanopartikel størrelse, afstand og form.
De tilgængelige teknikker til at producere nanopartikler er hovedsagelig baseret på nanoskala litografi, som har betydelige skalerbarhed og koste spørgsmål. Der har været flere forskellige undersøgelser, der har forsøgt at løse skalerbarhed problemet af disse teknikker, men til dato, ingen proces eksisterer der giver niveauet af kontrol nødvendig for nanopartikel fabrikation og omkostninger og tid effektiv nok til vedtagelse i industrielle applikationer6,7,8,9,10,11. Nogle nylige forskningsindsats bedre kontrollerbarhed pulserende laser induceret dewetting (PLiD) og skabelonbaseret solid-state dewetting12,13,14, men de har stadig væsentlig kræves litografi trin og dermed skalerbarhed problem.
I dette manuskript præsenterer vi protokollen af en nanofabrication metode, der vil løse problemet skalerbarhed og omkostninger, der har plaget vedtagelse og anvendelse af nanopartikel film i udbredt industrielle applikationer. Denne behandling metode giver kontrol over de fremstillede nanopartikler størrelse og afstand ved at manipulere de overflade energier, der dikterer den samlesæt af nanopartikler dannet. Her, vi demonstrere brugen af denne teknik ved hjælp af en tynd guld film til at producere guld nanopartikler, men vi har for nylig offentliggjort en lidt anden version af denne metode, ved hjælp af en nikkel film og dermed denne teknik kan bruges med alle ønskede metal. Målet med denne metode er at producere nanopartikel film samtidig minimere omkostningerne og kompleksiteten af processen og dermed vi har ændret vores tidligere tilgang, der anvendes atomare lag deposition og nanosekund laser bestråling på en Ni-alumina system og erstattet dem med fysisk dampudfældning og en varm tallerken. Resultatet af vores arbejde på en Ni-alumina system viste også et acceptabelt niveau af kontrol på morfologi af overfladen efter den dewetting15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen er en realistisk og nem proces for en nano-produktionsproces til fremstilling af nanopartikler på et substrat over store områder med kontrollerbare egenskaber. Det dewetting fænomen, som fører til produktion af partikler, er baseret på det dewetted lag tendens til at opnå minimum overflade energi. Kontrol over størrelse og form af partikler er målrettet med aflejring af en anden overflade på de vigtigste lag til at tune de overflade energier, og den endelige ligevægt mellem vedhæftning og energi kr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkender støtten fra mikroskopi Core facilitet ved Utah State University for SEM resultat. Vi erkender også National Science Foundation (Award #162344) til DC Magnetron Sputtering System, National Science Foundation (Award #133792) til (felt elektron og Ion) FEI Quanta 650 og Department of Energy, nuklear energi Universitet Program for 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 |
Riferimenti
- 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).
