Groot gebied substraat-gebaseerde Nanofabrication van controleerbaar en aanpasbare gouden nanodeeltjes Via afgetopte Dewetting
Summary
Dit protocol gegevens een nieuwe nano-productie-techniek die kan worden gebruikt om controleerbaar en aanpasbare nanoparticle films over grote gebieden op basis van de zelf-assemblage van de dewetting van verkapte metalen films.
Abstract
Recente wetenschappelijke vooruitgang in het gebruik van metalen nanoparticle voor verbeterde energie conversie-efficiëntie en verbeterde optische Apparaatprestaties high-density gegevensopslag is gebleken dat het potentiële voordeel van het gebruik ervan in industriële toepassingen. Deze toepassingen vereisen nauwkeurige controle over nanoparticle tekengrootte, spatiëring en soms vorm. Deze eisen hebben geleid tot het gebruik van tijd en kosten van intensieve verwerking stappen voor het produceren van nanodeeltjes, waardoor de overgang naar industriële toepassing onrealistisch. Dit protocol zal oplossen deze kwestie door middel van een methode van het schaalbaar en betaalbaar voor de productie van de groot-gebied van nanoparticle films met verbeterde nanoparticle controle in vergelijking met de huidige technieken. In dit artikel, het proces zal worden aangetoond met goud, maar ook andere metalen inzetbaar.
Introduction
Large-gebied nanoparticle film fabricage is cruciaal voor de aanneming van de recente technologische vooruitgang in zonne-energieconversie en opslag van high-density gegevens met het gebruik van Enterprise nanodeeltjes1,2, 3 , 4 , 5. interessant, het is de magnetische eigenschappen van enkele van deze Enterprise nanodeeltjes, die deze nanodeeltjes voorzien van de mogelijkheid om te manipuleren en de controle van licht op de nanoschaal. Deze controleerbaarheid van licht biedt de mogelijkheid om te verbeteren van lichte beklemming van het invallende licht op nanoschaal en verhogen de absorptivity van het oppervlak. Op basis van deze dezelfde eigenschappen en met de mogelijkheid om nanodeeltjes in ofwel een gemagnetiseerd en een niet-gemagnetiseerde staat, zijn wetenschappers ook een nieuw platform voor high-density digitale gegevensopslag definiëren. In elk van deze toepassingen, is het van cruciaal belang dat een groot gebied en betaalbare nanofabrication techniek is ontwikkeld die voor de controle van nanoparticle grootte, afstand en vorm zorgt.
De beschikbare technieken voor de productie van nanodeeltjes zijn meestal gebaseerd op nanoschaal lithografie, die hebben aanzienlijke schaalbaarheid en kosten kwesties. Zijn er meerdere verschillende onderzoeken die hebben geprobeerd om het probleem van de schaalbaarheid van deze technieken, maar tot nu toe, geen proces bestaat dat bepaalt de mate van controle die nodig zijn voor de fabricage van nanoparticle en kosten en tijd effectief genoeg is voor goedkeuring in industriële toepassingen6,7,8,9,10,11. Sommige recente onderzoeksinspanningen verbeterd de controleerbaarheid van de gepulste laser geïnduceerde dewetting (PLiD) en templated solid-state dewetting12,13,14, maar ze hebben nog steeds aanzienlijke vereist lithografie stappen en dus het probleem van de schaalbaarheid.
In dit manuscript presenteren wij het protocol van een nanofabrication methode die zal deze kwestie schaalbaarheid en kosten die de goedkeuring heeft geteisterd en gebruik van nanoparticle films in grootschalige industriële toepassingen. Deze verwerkingsmethode geeft u de controle over de geproduceerde nanoparticle grootte en spatiëring door het manipuleren van de oppervlakte energieën die dicteren de zelf-assemblage van de nanodeeltjes gevormd. Hier, wij laten zien dat het gebruik van deze techniek met behulp van een dunne gouden film voor de productie van gouden nanodeeltjes, maar we hebben onlangs een iets andere versie van deze methode gebruik van een nikkel-film en dus deze techniek kan worden gebruikt met elk gewenste metaal. Het doel van deze methode is het produceren van nanoparticle films terwijl het minimaliseren van de kosten en complexiteit van het proces en dus we onze eerdere aanpak, die atomische laag depositie en nanosecond laser-bestraling op een Ni-aluminiumoxide-systeem gebruikt en vervangen hebt gewijzigd hen met fysieke vapor deposition en een kookplaat. Het resultaat van ons werk op een Ni-aluminiumoxide systeem bleek ook een aanvaardbaar niveau van controle van de morfologie van de oppervlakte na de dewetting15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol is een haalbaar en gemakkelijk proces voor een nano-productie-proces voor de productie van nanodeeltjes op een substraat over grote gebieden met controleerbare kenmerken. Het fenomeen van dewetting, die tot de productie van deeltjes leidt, is gebaseerd op de neiging van de dewetted laag te bereiken minimum oppervlakte-energie. De controle over de grootte en vorm van de deeltjes is gericht met de afzetting van een tweede oppervlak op de hoofdlaag om de oppervlakte energieën af te stemmen, en het uiteindelijk…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij erkennen de steun van de microscopie Core faciliteit in Utah State University voor het SEM-resultaat. We erkennen ook de National Science Foundation (Award #162344) voor de DC Magnetron sputteren systeem, de National Science Foundation (Award #133792) voor de (veld Electron- en Ion) FEI Quanta 650, en het Department of Energy, nucleaire energie Universiteit Programma voor de 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 |
References
- 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).
