Name: large area substrate-based nanofabrication of controllable and customizable gold nanoparticles via capped dewetting
Uploaded: 2019-02-26T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting at JoVE.com

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.

Merk: Stor-området fabrikasjon kontrollerbar og tilpasses gull hydrogenion filmer oppnås ved å følge detaljerte protokollen. Protokollen følger tre store områder som (1) substratet (2) dewetting og etsning og (3) karakterisering.
1. substratet
<ol><li>Rengjør substrat (100 nm SiO2 på Si) bruker en aceton skyll etterfulgt av en isopropylalkohol skyll og tørk med en strøm av N2 gass.</li>
	<li>Last underlaget i termisk fordamperen systemet og evakuere for å nå...

<ol>
	<li>Pillai, S., Catchpole, K. R., Trupke, T., Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+plasmon+enhanced+silicon+solar+cells.">Surface plasmon enhanced silicon solar cells.</a> Journal of Applied Physics. 101 (9), 093105 (2007).</li><li>Ding, B., Lee, B. J., Yang, M., Jung, H. S., Lee, J. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Plasmon+Assisted+Energy+Conversion+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Surface-Plasmon Assisted Energy Conversion in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> Advanced Energy Materials. 1 (3), 415-421 (2011).</li><li>Tehrani, S., Chen, E., Durlam, M., DeHerrera, M., Slaughter, J. M., Shi, J., Kerszykowski, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+density+submicron+magnetoresistive+random+access+memory+(invited).">High density submicron magnetoresistive random access memory (invited).</a> Journal of Applied Physics. 85 (8), 5822-5827 (1999).</li><li>Ross, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+patterned+media+for+high+density+magnetic+storage.">Fabrication of patterned media for high density magnetic storage.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 17, 3168 (1999).</li><li>Gu, M., Zhang, Q., Lamon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+for+optical+data+storage.">Nanomaterials for optical data storage.</a> Nature Reviews Materials. 1, 16070 (2016).</li><li>Mock, J. J., Barbic, M., Smith, D. R., Schultz, D. A., Schultz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+effects+in+plasmon+resonance+of+individual+colloidal+silver+nanoparticles.">Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles.</a> The Journal of Chemical Physics. 116 (15), 6755-6759 (2002).</li><li>Su, K. -. H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interparticle+Coupling+Effects+on+Plasmon.">Interparticle Coupling Effects on Plasmon.</a> Resonances of Nanogold Particles, Nano Letters. 3 (8), 1087-1090 (2003).</li><li>Lee, K., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+and+Silver+Nanoparticles+in+Sensing+and+Imaging:+Sensitivity+of+Plasmon+Response+to+Size,+Shape,+and+Metal+Composition.">Gold and Silver Nanoparticles in Sensing and Imaging: Sensitivity of Plasmon Response to Size, Shape, and Metal Composition.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 110 (39), 19220-19225 (2006).</li><li>Grzelczak, M., Prez-Juste, J., Mulvaney, P., Liz-Marzn, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+control+in+gold+nanoparticle+synthesis.">Shape control in gold nanoparticle synthesis.</a> Chemical Society Reviews. 37 (9), 1783-1791 (2008).</li><li>Ye, J., Thompson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Templated+Solid-State+Dewetting+to+Controllably+Produce+Complex+Patterns.">Templated Solid-State Dewetting to Controllably Produce Complex Patterns.</a> Advanced Materials. 23 (13), 1567-1571 (2011).</li><li>Huang, J., Kim, F., Tao, A., Connor, S., Yang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+formation+of+nanoparticle+stripe+patterns+through+dewetting.">Spontaneous formation of nanoparticle stripe patterns through dewetting.</a> Nature Materials. 4, 896-900 (2005).</li><li>Hughes, R. A., Menumerov, E., Neretina, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=When+lithography+meets+self-assembly:+a+review+of+recent+advances+in+the+directed+assembly+of+complex+metal+nanostructures+on+planar+and+textured+surfaces.">When lithography meets self-assembly: a review of recent advances in the directed assembly of complex metal nanostructures on planar and textured surfaces.</a> Nanotechnology. 28 (28), 282002 (2017).</li><li>Kim, D., Giermann, A. L., Thompson, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-state+dewetting+of+patterned+thin+films.">Solid-state dewetting of patterned thin films.</a> Applied Physics Letters. 95 (25), 251903 (2009).</li><li>Fowlkes, J. D., Doktycz, M. J., Rack, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optimized+nanoparticle+separator+enabled+by+electron+beam+induced+deposition.">An optimized nanoparticle separator enabled by electron beam induced deposition.</a> Nanotechnology. 21 (16), 165303 (2010).</li><li>White, B. C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Different+Thickness+Alumina+Capping+Layers+on+the+Final+Morphology+of+Dewet+Thin+Ni+Films.">The Effect of Different Thickness Alumina Capping Layers on the Final Morphology of Dewet Thin Ni Films.</a> Applied Physics A. 124 (3), 233 (2018).</li></ol>

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...

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.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>100 nm SiO2/Si Substrate</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>Thermal Oxide Wafer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina Sputter Target (99.5%)</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Alumina Target</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold Wire (99.99%)</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Gold Wire</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2O2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot Plate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Cimarec</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4OH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Quanta 650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Nova Nanolab 600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter Deposition System</td>
			<td>AJA International</td>
			<td>Orion-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Evaporator</td>
			<td>Edwards</td>
			<td>360</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

large area substrate-based nanofabrication of controllable and customizable gold nanoparticles via capped dewetting

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.

Protokollen beskrevet her har blitt brukt i flere metaller og har vist evnen til å produsere nanopartikler på et substrat over store-området, med kontrollerbar størrelse og avstand. Figur 1 viser protokollen representant resultater viser kontrollere fabrikkerte hydrogenion størrelse og avstand. Når du følger denne protokollen, resultatet, som er fabrikkert hydrogenion filmen med størrelse og avstand distribusjoner, vil være avhengig av valg av metall...

Watch this Scientific Journal Video about Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting at JoVE.com

Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting

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.

Stort område substrat-baserte Nanofabrication av kontrollerbar og tilpasses gull nanopartikler Via avkortet Dewetting

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and ...

Vår protokoll gir en teknikk for å tilpasse nanopartikkeldistribusjon, fabrikkert på et substrat, med å endre dewetting dynamikken, uten å endre materialtykkelsen. Vår teknikk er enkel, men gir likevel en rekke partikkelstørrelser. Andre teknikker der ute krever omfattende litografiske trinn for å gi partikkelkontrollen.Vår kontroll av partikkeldistribusjon gir en teknikk for nanopartikkelfabrikasjon som fordeler forskning fokusert på solenergikonvertering, oppretting av fotoniske enheter og økende tetthet av datalagring. Vær oppmerksom på avsetningstykkelsene på hvert trinn. Vår teknikk er ekstremt følsom for lagtykkelser.Når du ser det utførte eksperimentet, får du et detaljnivå som ikke kan formidles på trykk. Det er viktig å se eksempler som beveger seg gjennom hele prosessen. Rengjør først et 100 nanometer silisiumdioksid på silisiumsubstrat ved hjelp av en acetonskylling, etterfulgt av en isopropylalkoholskylling.Tørk underlaget ved hjelp av en strøm av nitrogengass. Last underlaget inn i et termisk fordampersystem og evakuer kammeret for å nå ønsket trykk for avsetning av metallfilmen. Sørg for at kammeret er evakuert til et trykk på rekkefølgen av 10 til minus seks torr for fjerning av luft og vanndamp i kammeret.Ved hjelp av det termiske fordampersystemet, deponer gullfilmen med ønsket tykkelse, som er fem nanometer i dette eksperimentet. På de andre deponeringsstadiene er argontrykket en til fem millitorr, og området gis etter hvert som forskjellige trykk velges for å kalibrere for avsetningshastigheten. Vår teknikk er ekstremt følsom for filmtykkelser, som vist i våre resultater.Det er viktig å kalibrere avsetningsrentene før deponering av filmene, for å sikre passende tykkelser. Etter deponering, lufte kammeret og fjerne underlaget, med avsponert metallfilm, fra det termiske fordampersystemet. Deretter laster du underlaget, med en avsponert metallfilm, inn i et direkte strømmagnetron sputter deponeringssystem og evakuerer for å nå ønsket trykk for avsetning av capping filmen.Hvis du vil finne prøven i systemet, plasserer du prøven i lastelåsen. Og enheten overfører prøven til hoveddeponeringskammeret for å sikre tilstrekkelig vakuumnivå. Nå, deponere capping lag av ønsket materiale og tykkelse, etter en lignende prosedyre og tilstand som gull lag deponering.Med variabel tykkelse Illumina, i dette tilfellet. Etter deponering, vent kammeret og fjern den tilberedte prøven fra sputter deponeringssystemet. Plasser den fem nanometer gullfilmen, avkortet med Illumina, på en forvarmet kokeplate ved 300 grader Celsius, og la prøven dugge i en time.Etse Illumina, mens du forlater gull og underliggende substrat med en vandig løsning av ammoniumhydroksid og hydrogenperoksid ved 80 grader Celsius i en time. For karakterisering, forberede prøven til å være vakuum-kompatibel ved skylling med aceton og isopropylalkohol. Tørk deretter prøven ved hjelp av en strøm av nitrogengass.Bilde nanopartikkelfilmene ved hjelp av skanning av elektronmikroskopi under høyt vakuum og ved høy forstørrelse. Utfør bildeanalyse for å få informasjon om nanopartikkelstørrelse og avstandsdistribusjoner. Protokollen som er beskrevet her har blitt brukt til flere metaller og har vist evnen til å produsere nanopartikler på et substrat over stort område, med kontrollerbar størrelse og avstand.Representative resultater vises her, og markerer evnen til å kontrollere den fabrikkerte nanopartikkelstørrelsen og avstanden. Størrelsen og avstanden distribusjoner av fabrikkert nanopartikkel film vil være avhengig av metall, substratet, capping lag materiale, metalltykkelse, og capping lag tykkelse. Som et eksempel resulterer den fem nanometer gullfilmen på silisiumdioksid, med aluminiumoksid capping lagtykkelse på null, fem, 10 og 20 nanometer i en gjennomsnittlig nanopartikkel radii på henholdsvis 14,2, 18,4, 17,3 og 15,6 nanometer.Og en gjennomsnittlig nonoparticle avstand på henholdsvis 36,9, 56,9, 51,3 og 47,2 nanometer. For ønsket partikkelfordeling er nøyaktig kontroll av avsetningslagtykkelsene avgjørende. Avhengig av anvendelsen av nanopartikkelfilmene dine, kan det være nødvendig med mer karakterisering.Dette vil omfatte applikasjonsbaserte målinger, som lysabsorpsjon og magnetiske egenskaper. Studier av nanopartikkelfilmer i påføring kan utføres ved hjelp av denne teknikken, for å kontrollere deres partikkelstørrelse og distribusjon. Passende personlig verneutstyr bør brukes.Spesielt ikke kommer i kontakt med etsninger. Unngå kontakt med kokeplaten.

Research

JoVE Journal

Engineering

Optical Trapping of Nanoparticles

Optisk fangst av Nanopartikler

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Syntese og Funksjonalisering av Nitrogen-dopet karbon nanorør kopper med gull nanopartikler som Cork Propper

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

Nanofabrikasjon av Gate-definerte GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Kapillær-baserte Sentrifugal mikrofluid Enhet for Size-kontrollerbar Dannelse av monodisperse mikrodråper

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Strain Sensing Based on Multiscale Composite Materials Reinforced with Graphene Nanoplatelets

Strain Sensing Basert på Multiscale komposittmaterialer forsterket med Graphene Nanoplatelets

The electrical response of NH2-functionalized graphene nanoplatelets composite materials under strain was studied. Two different manufacturing methods are ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

I Situ Syntese av gull nanopartikler uten Aggregation i folien Space of Layered titanate transparente filmer

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Fabrikasjon av periodiske gull Nanocup matriser bruker kolloidalt Litografi

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Utarbeidelse av store området loddrett 2D Crystal Hetero-strukturer gjennom Sulfurization transisjonsmetall filmer apparat fabrikasjon

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

Bygging og drift av en lys-drevet gull Nanorod roterende systemet

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...