Нанесение наночастиц
Осаждение наночастиц относится к процессу прикрепления наночастиц к твердым поверхностям, называемым подложками, для создания покрытий из наночастиц. Покрытия могут иметь однослойную или многослойную организованную или неорганизованную структуру в зависимости от используемого способа нанесения покрытия. Наночастицы обычно трудно осаждать из-за их физических свойств.
Проблемы
[ редактировать ]Наночастицы могут быть изготовлены из различных материалов, таких как металлы, керамика и полимеры. Стабильность наночастиц может быть проблемой, поскольку наночастицы имеют тенденцию снижать свою очень высокую поверхностную энергию , что происходит из-за их высокого отношения 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. Склонностью наночастиц к коагуляции можно управлять путем модификации поверхностного слоя. В жидкой среде подходящие молекулы-лиганды обычно прикрепляются к поверхности наночастиц, поскольку они обеспечивают растворимость в подходящих растворителях и предотвращают коагуляцию.
Методы осаждения
[ редактировать ]Существует несколько различных методов нанесения наночастиц. Методы различаются возможностью контролировать плотность упаковки частиц и толщину слоя, возможностью использования различных частиц, а также сложностью метода и необходимым оборудованием.
Ленгмюр-Блоджетт
[ редактировать ]В методе Ленгмюра-Блоджетт наночастицы вводятся на границе раздела воздух-вода в специальный 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 (Лэнгмюр-Блоджетт) или горизонтального (Лэнгмюр-Шефер) погружения для создания однослойного покрытия. Контролируемые многослойные покрытия можно получить, многократно повторяя процедуру окунания. [ 2 ]
Преимущества метода Ленгмюра-Блоджетт включают в себя строгий контроль над плотностью упаковки и достигаемой толщиной слоя, что, как было показано, лучше, чем при использовании других методов. [ 3 ] возможность использовать различные формы и материалы подложек и частиц, а также возможность характеризовать слой частиц во время осаждения, например, с помощью микроскопа под углом Брюстера . Недостатком является то, что успешное осаждение по Ленгмюру-Блоджетт требует оптимизации множества параметров измерения, таких как скорость погружения, температура и плотность упаковки погружения.
Покрытие погружением и центрифугирование
[ редактировать ]Методы спином и покрытия погружением являются простыми методами осаждения наночастиц. [ 4 ] Они являются полезными инструментами, особенно при создании самоорганизующихся слоев и пленок, где плотность упаковки не имеет решающего значения. Точная и свободная от вибрации скорость извлечения образца может использоваться для контроля толщины пленки. Создание монослоев высокой плотности обычно очень сложно, поскольку в методах отсутствует контроль плотности упаковки. Кроме того, объем суспензии наночастиц, необходимый как для центрифугирования, так и для покрытия погружением, довольно велик, что может стать проблемой при использовании дорогих материалов наночастиц.
Другие методы
[ редактировать ]Другие возможные методы осаждения включают методы, использующие самосборку частиц путем испарения растворителя, ракеля, химического осаждения из паровой фазы и трансферной печати. Некоторые из этих методов, например испарение растворителя, чрезвычайно просты, но позволяют получить пленки низкого качества. Другие методы, такие как химическое осаждение из паровой фазы, эффективны для определенных типов частиц и подложек, но ограничены в типах частиц, которые можно использовать, и требуют более серьезных инвестиций в оборудование. Также использовались гибридные методы, такие как объединение самосборки с Ленгмюром-Блоджетт. [ 5 ]
Применение покрытий из наночастиц
[ редактировать ]Покрытия и тонкие пленки, изготовленные из наночастиц, используются в различных приложениях, включая дисплеи, датчики, медицинские устройства, накопители энергии и сбор энергии. Примеры включают в себя
- Использование оксида графена для применения в электронике [ 6 ]
- Использование наночастиц оксидов металлов, углеродных нанотрубок и квантовых точек в фотовольтаике, дисплеях и сенсорах [ 7 ] [ 8 ]
- Использование полимеров и нанокомпозитов в создании нанолитографического рисунка [ 9 ]
- Использование наночастиц для рассеяния света и создания новых оптических эффектов [ 10 ]
См. также
[ редактировать ]Внешние ссылки
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хотце, Эрнест М.; Фенрат, Танапон; Лоури, Грегори В. (1 ноября 2010 г.). «Агрегация наночастиц: проблемы понимания транспорта и реакционной способности в окружающей среде» . Журнал качества окружающей среды . 39 (6): 1909. doi : 10.2134/jeq2009.0462 . ISSN 1537-2537 .
- ^ «Функциональные наноразмерные и наночастичные покрытия – Biolin Scientific» . Биолин Сайентифик . Проверено 3 августа 2017 г.
- ^ Чжэн, Цинбинь; ИП, Вай Хинг; Линь, Сюи; Юсефи, Нариман; Юнг, Кан Кан; Ли, Чжиган; Ким, Чан-Гё (26 июля 2011 г.). «Прозрачные проводящие пленки, состоящие из сверхбольших листов графена, произведенные сборкой Ленгмюра-Блоджетт». АСУ Нано . 5 (7): 6039–6051. дои : 10.1021/nn2018683 . ISSN 1936-0851 . ПМИД 21692470 .
- ^ Роуч, Люсьен; Хереу, Адриан; Лаланн, Филипп; Дюге, Этьен; Трегер-Делапьер, Мона; Винк, Кевин; Дриско, Гленна Л. (2022). «Контроль беспорядка в самоорганизующихся коллоидных монослоях посредством процессов испарения» . Наномасштаб . 14 3324.дои : : 10.1039/D1NR07814C . ISSN 2040-3372 .
- ^ Вэнь, Тяньлун; Маетич, Сара А. (22 ноября 2011 г.). «Самособирающиеся монослои наночастиц сверхбольшой площади». АСУ Нано . 5 (11): 8868–8876. дои : 10.1021/nn2037048 . ISSN 1936-0851 . ПМИД 22010827 .
- ^ Чжэн, Цинбинь; ИП, Вай Хинг; Линь, Сюи; Юсефи, Нариман; Юнг, Кан Кан; Ли, Чжиган; Ким, Чан-Гё (26 июля 2011 г.). «Прозрачные проводящие пленки, состоящие из сверхбольших листов графена, произведенные сборкой Ленгмюра-Блоджетт». АСУ Нано . 5 (7): 6039–6051. дои : 10.1021/nn2018683 . ISSN 1936-0851 . ПМИД 21692470 .
- ^ Джанкане, Габриэле; Руланд, Андрес; Сгобба, Вито; Манно, Даниэла; Серра, Антонио; Фаринола, Джанлука М.; Омар, Омар Хасан; Гульди, Дирк М.; Валли, Людовико (9 августа 2010 г.). «Выравнивание одностенных углеродных нанотрубок посредством осаждения пленок Ленгмюра – Блоджетт: оптические, морфологические и фотоэлектрохимические исследования». Передовые функциональные материалы . 20 (15): 2481–2488. дои : 10.1002/adfm.201000290 . ISSN 1616-3028 .
- ^ Ламберт, Карел; Чапек, Ричард К.; Боднарчук Марина И.; Коваленко Максим В.; Ван Турхаут, Дрис; Хейсс, Вольфганг; Хенс, Зегер (01 июня 2010 г.). «Нанесение по Ленгмюру-Шеферу многослоев квантовых точек». Ленгмюр . 26 (11): 7732–7736. дои : 10.1021/la904474h . ISSN 0743-7463 . ПМИД 20121263 .
- ^ Перепичка Ирина Ивановна; Бадия, Антонелла; Базюэн, К. Джеральдин (23 ноября 2010 г.). «Нанонитевое образование блок-сополимеров на границе раздела воздух/вода». АСУ Нано . 4 (11): 6825–6835. дои : 10.1021/nn101318e . ISSN 1936-0851 . ПМИД 20979365 .
- ^ Роуч, Люсьен; Хереу, Адриан; Лаланн, Филипп; Дюге, Этьен; Трегер-Делапьер, Мона; Винк, Кевин; Дриско, Гленна Л. (2022). «Контроль беспорядка в самоорганизующихся коллоидных монослоях посредством процессов испарения» . Наномасштаб . 14 3324.дои : : 10.1039/D1NR07814C . ISSN 2040-3372 .