Stort område substrat-baserte Nanofabrication av kontrollerbar og tilpasses gull nanopartikler Via avkortet Dewetting
Summary
Denne protokollen detaljer en nano-produksjon teknikken som kan brukes til å lage kontrollerbar og tilpasses hydrogenion filmer over store områder basert på det selv-montering av dewetting av avkortet metall filmer.
Abstract
Nylige vitenskapelige fremskritt innen bruken av metallisk hydrogenion for forbedret virkningsgrad, forbedret optisk enhet ytelse og høy tetthet datalagring har vist en potensiell fordel med deres bruk i industri programmer. Disse programmene krever nøyaktig kontroll over hydrogenion størrelse, avstand og noen ganger form. Disse kravene har resultert i bruk av tid og koste intensiv behandlingstrinnene å produsere nanopartikler, noe som gjør overgangen til industriell anvendelse urealistisk. Denne protokollen vil løse dette problemet ved å tilby en skalerbar og rimelig metode for store området produksjon av hydrogenion filmer med forbedret hydrogenion kontroll i forhold til gjeldende teknikker. I denne artikkelen, prosessen vil bli demonstrert med gull, men andre metaller kan også brukes.
Introduction
Stor-området hydrogenion filmen fabrikasjon er kritisk viktig for adopsjon av siste teknologiske fremskritt i solenergiselskapet konvertering og høy tetthet datalagring med bruk av plasmonic nanopartikler1,2, 3 , 4 , 5. interessant, er det de magnetiske egenskapene av noen av disse plasmonic nanopartikler, som gir disse nanopartikler muligheten til å manipulere og styre lys på nanoskala. Denne kontrollerbarhet lys gir muligheten til å forbedre lys entrapment av det innfallende lyset på nanoskala og øke absorptivity av overflaten. Basert på de samme egenskapene, og har muligheten til å ha nanopartikler enten en magnetisert og en ikke-magnetisert tilstand, er forskere også definere en ny plattform for høy tetthet digital datalagring. I hver av disse programmene, er det avgjørende at stort område og rimelig nanofabrication teknikken er utviklet som gir mulighet for kontroll av hydrogenion størrelse, avstand og form.
De tilgjengelige metoder for å produsere nanopartikler er hovedsakelig basert på nanoskala litografi, som har betydelig skalerbarhet og koste problemer. Det har vært flere forskjellige studier som har forsøkt å løse problemet skalerbarhet av disse teknikkene, men hittil, ingen prosess finnes som tilbyr nivået av kontroll trengs hydrogenion fabrikasjon og kostnadene og tiden som er effektive nok for adopsjon i industrielle applikasjoner6,7,8,9,10,11. Noen nyere forskningsinnsats forbedret kontrollerbarhet pulsed laser indusert dewetting (PLiD) og mal SSD dewetting12,13,14, men de har fortsatt betydelig kreves Litografi trinnene og dermed skalerbarhet problemet.
I dette manuskriptet presenterer vi protokollen til en nanofabrication metode som løser problemet skalerbarhet og pris, som har plaget adopsjon og bruk av hydrogenion filmer i utbredt industrielle applikasjoner. Denne behandlingsmetode får du kontroll over produsert hydrogenion størrelse og avstand ved å manipulere overflaten energiene som dikterer den selv-montering av nanopartikler dannet. Her viser vi bruk av denne teknikken bruker en tynn gull film for å produsere gull nanopartikler, men vi har nylig publisert en litt annen versjon av denne metoden bruker en nikkel film og dermed denne teknikken kan brukes med alle ønsket metal. Målet med denne metoden er å produsere hydrogenion filmer samtidig minimere kostnadene og kompleksiteten i prosessen og dermed vi har endret våre tidligere tilnærming, som brukte atomic lag avsettelse og nanosekund laser irradiation på en Ni alumina system og erstattet dem med fysisk vanndamp avsettelse og en kokeplate. Resultatet av vårt arbeid med en Ni alumina system viste et akseptabelt nivå av kontroll på morfologi av overflaten etter dewetting15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen er en mulig og enkel prosess for en nano-produksjonsprosess for produksjonen nanopartikler på et substrat over store områder med kontrollerbar egenskaper. Dewetting fenomenet, som fører til produksjon av partikler, er basert på dewetted laget tendensen å oppnå minimal overflate energi. Kontroll over størrelsen og formen på partiklene er rettet med avsetning av en andre overflate hovedlaget stille overflaten energiene, og den endelige likevekten mellom vedheft og energi krevde for å bøye lokkpåsetti…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkjenner støtte fra mikroskopi Core anlegget på Utah State University for SEM resultatet. Vi erkjenner også National Science Foundation (Award #162344) for DC Magnetron Sputtering systemet, National Science Foundation (Award #133792) for (feltet Electron og Ion) FEI Quanta 650 og Department of Energy, Nuclear Energy University 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).
