WikiDer > Осаждение наночастиц

Nanoparticle deposition
Наночастицы наночастиц полистирола на кварце, полученные методом Ленгмюра-Блоджетт.
Наночастицы наночастиц полистирола на кварце, полученные методом Ленгмюра-Блоджетт.

Осаждение наночастиц относится к процессу прикрепления наночастицы к твердым поверхностям, называемым подложками, для создания покрытия наночастиц. Покрытия могут иметь монослой или многослойная и организованная или неорганизованная структура в зависимости от используемого метода покрытия. Наночастицы обычно трудно осаждать из-за их физических свойств.

Вызовы

Наночастицы могут быть изготовлены из различных материалов, таких как металлы, керамика и полимеры. Стабильность наночастиц может быть проблемой, поскольку наночастицы имеют тенденцию снижать свой очень высокий уровень. поверхностная энергия, что связано с их высоким отношением поверхности к объему. Голые наночастицы имеют тенденцию стабилизироваться либо за счет сорбции молекул из окружающей среды, либо за счет уменьшения площади поверхности за счет коагуляции и агломерации.[1] Обычно образование этих агрегатов нежелательно. Тенденцией наночастиц к коагуляции можно управлять, изменяя поверхностный слой. В жидкой среде подходящие молекулы лиганда обычно прикрепляются к поверхности наночастиц, поскольку они обеспечивают растворимость в подходящих растворителях и предотвращают коагуляцию.

Методы осаждения

Для нанесения наночастиц доступно несколько различных методов нанесения покрытия. Методы различаются своей способностью управлять плотностью упаковки частиц и толщиной слоя, возможностью использовать различные частицы, а также сложностью метода и необходимого оборудования.

Ленгмюр-Блоджетт

в Ленгмюр-Блоджетт методом, наночастицы вводятся на межфазной границе воздух-вода в специальном Желоб Ленгмюра-Блоджетт. Плавающие частицы сжимаются ближе друг к другу с помощью моторизованных барьеров, которые позволяют контролировать плотность упаковки частиц. После сжатия частиц до желаемой плотности упаковки их переносят на твердую подложку с помощью вертикального (Ленгмюра-Блоджетт) или горизонтального (Ленгмюра-Шефера) погружения для создания монослойного покрытия. Контролируемые многослойные покрытия можно создавать, многократно повторяя процедуру погружения.[2]

Преимущества метода Ленгмюра-Блоджетт включают в себя жесткий контроль плотности упаковки и достигнутой толщины слоя, что, как было показано, лучше, чем при использовании других методов.[3] возможность использовать различные формы и материалы подложек и частиц и возможность характеризовать слой частиц во время осаждения, например Угловой микроскоп Брюстера. В качестве недостатка успешное осаждение Ленгмюра-Блоджетт требует оптимизации нескольких параметров измерения, таких как скорость погружения, температура и плотность упаковки погружением.

Покрытие погружением и центрифугирование

В вращение и покрытие погружением Методы представляют собой простые методы осаждения наночастиц. Они являются полезными инструментами, особенно при создании самоорганизующихся слоев и пленок, где плотность упаковки не критична. Для контроля толщины пленки можно использовать точную скорость отбора образца без вибрации. Создание монослоев с высокой плотностью обычно очень сложно, поскольку в методах отсутствует контроль плотности упаковки. Кроме того, объем суспензии наночастиц, необходимый как для нанесения покрытия центрифугированием, так и для нанесения покрытия погружением, довольно велик, что может стать проблемой при использовании дорогостоящих материалов, содержащих наночастицы.

Другие методы

Другие возможные методы осаждения включают методы, использующие самосборку частиц путем испарения растворителя, ракельного ножа, химическое осаждение из паровой фазы и трансферная печать. Некоторые из этих методов, например испарение растворителя, чрезвычайно просты, но позволяют получать пленки низкого качества. Другие методы, такие как химическое осаждение из паровой фазы, эффективны для определенных типов частиц и субстратов, но ограничены по типам частиц, которые можно использовать, и требуют более значительных инвестиций в оборудование. Также использовались гибридные методы, такие как совмещение самосборки с Ленгмюра-Блоджетт.[4]

Нанесение покрытий из наночастиц

Покрытия и тонкие пленки, изготовленные из наночастиц, используются в различных приложениях, включая дисплеи, датчики, медицинские устройства, накопители энергии и сбор энергии. Примеры включают

  • Использование оксида графена в электронике[5]
  • Использование наночастиц оксидов металлов, углеродных нанотрубок и квантовые точки в фотоэлектрических устройствах, дисплеях и датчиках[6][7]
  • Использование полимеров и нанокомпозитов в нанолитографическом формировании рисунка[8]

Смотрите также

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Хотце, Эрнест М .; Фенрат, Танапон; Лоури, Грегори В. (01.11.2010). «Агрегация наночастиц: проблемы понимания транспорта и реакционной способности в окружающей среде». Журнал качества окружающей среды. 39 (6): 1909. Дои:10.2134 / jeq2009.0462. ISSN 1537-2537.
  2. ^ «Функциональные наноразмерные покрытия и покрытия из наночастиц - Biolin Scientific». Биолин Научный. Получено 2017-08-03.
  3. ^ Чжэн, Цинбинь; Ип, Вай Хинг; Линь, Сюи; Юсефи, Нариман; Юнг, Кан Кан; Ли, Чжиган; Ким, Чан Гё (26.07.2011). "Прозрачные проводящие пленки, состоящие из сверхбольших листов графена, произведенных на сборке Ленгмюра-Блоджетт". САУ Нано. 5 (7): 6039–6051. Дои:10.1021 / nn2018683. ISSN 1936-0851. PMID 21692470.
  4. ^ Вэнь, Тяньлун; Маджетич, Сара А. (2011-11-22). "Самосборные монослои наночастиц сверхбольшой площади". САУ Нано. 5 (11): 8868–8876. Дои:10.1021 / nn2037048. ISSN 1936-0851. PMID 22010827.
  5. ^ Чжэн, Цинбинь; Ип, Вай Хинг; Линь, Сюи; Юсефи, Нариман; Юнг, Кан Кан; Ли, Чжиган; Ким, Чан Гё (26.07.2011). "Прозрачные проводящие пленки, состоящие из сверхбольших листов графена, произведенные на сборке Ленгмюра-Блоджетт". САУ Нано. 5 (7): 6039–6051. Дои:10.1021 / nn2018683. ISSN 1936-0851. PMID 21692470.
  6. ^ Джанкане, Габриэле; Руланд, Андрес; Сгобба, Вито; Манно, Даниэла; Серра, Антонио; Farinola, Gianluca M .; Омар, Омар Хасан; Гулди, Дирк М .; Валли, Людовико (09.08.2010). «Выравнивание однослойных углеродных нанотрубок с помощью осаждения пленки Ленгмюра – Блоджетт: оптические, морфологические и фотоэлектрохимические исследования». Современные функциональные материалы. 20 (15): 2481–2488. Дои:10.1002 / adfm.201000290. ISSN 1616-3028.
  7. ^ Ламберт, Карел; Чапек, Ричард К .; Боднарчук Марина И .; Коваленко, Максим В .; Van Thourhout, Dries; Хайсс, Вольфганг; Куры, Зегер (01.06.2010). "Осаждение Ленгмюра-Шефера многослойных квантовых точек". Langmuir. 26 (11): 7732–7736. Дои:10.1021 / la904474h. ISSN 0743-7463. PMID 20121263.
  8. ^ Перепичка Ирина Ирина .; Бадиа, Антонелла; Базуин, К. Джеральдин (23 ноября 2010 г.). «Наноструйное образование блок-сополимеров на границе раздела воздух / вода». САУ Нано. 4 (11): 6825–6835. Дои:10.1021 / nn101318e. ISSN 1936-0851. PMID 20979365.