Forskere opdager ny metode til fremstilling af nanopartikler

(PhysOrg.com) - En ingeniørforsker ved University of Arkansas og hans kolleger ved University of Utah har opdaget en ny metode til fremstilling af nanopartikler og nanofilm, der skal bruges til at udvikle bedre elektroniske enheder, biosensorer og visse typer kraftige og meget specifikke mikroskoper, der bruges til videnskabelig forskning.

Den uendelige søgen efter at bygge hurtigere, mere effektive og mere pålidelige elektroniske enheder starter dybt nede under det molekylære niveau, hvor nanopartikler – alt for små til, at det menneskelige øje kan opdage – udgør byggestenene i den nyeste proceshardware. I jagten på dette mål, videnskabsmænd og ingeniører undersøger konstant nye materialer og bedre metoder til at udvikle eller samle disse materialer.

Forskernes nanopartikler, lavet af guld og aflejret på siliciumsubstrater ved en unik kemisk proces, er ugiftige og billige at fremstille og har overlegne dimensioner, tætheder og fordeling sammenlignet med andre nanopartikler og konventionelle metoder til fremstilling af nanopartikler. Den unikke aflejringsteknik har den yderligere fordel at være i stand til hurtigt at belægge skrøbelige, tredimensionelle og indre overflader ved omgivelsernes temperatur og tryk uden at kræve ledende substrater eller dyre, sofistikeret udstyr.

"Ved at bruge successive termiske behandlinger, vi karakteriserede optiske og strukturelle træk ved en billig, molekyle-til-molekyle, bottoms-up tilgang til at skabe termisk stabil, guld-nanopartikel ensembler på silica, " sagde Keith Roper, lektor i kemiteknik ved University of Arkansas. "Billeder og analyser fra scanningselektronmikroskopi og atomkraftmikroskopi afslørede, at partikeltætheder er de højeste rapporterede til dato. Vores metode tillader også hurtigere forberedelse end selvsamling eller litografi og tillader rettet samling af nanopartikelensembler på 3D-overflader."

Forskernes unikke tilgang forbedrer en metode, der involverer aflejring af atomer fra en opløsning på et substrat med en tin-sensibiliseret overflade. Forskerne bruger en ny kontinuerlig aflejringsproces og opvarmer derefter disse aflejrede atomer for at omdanne "øer" af nanopartikelmateriale til ønskede former. De resulterende sfæriske nanopartikler kan have diametre mellem 5 og omkring 300 nanometer. En nanometer er en milliardtedel af en meter. Et menneskehår har typisk en diameter på 70, 000 nanometer.

Roper sagde, at mikroskopiske billeder og spektroskopiske data tyder på, at ultratynde film fremstillet ved deres nye tilgang er glattere end konventionelle "sputterede" eller fordampede guldfilm og kan udvise bedre optiske egenskaber, såsom reduceret overfladeruhedsspredning. Disse egenskaber er ønskelige i enheder såsom fotovoltaiske celler, hvor smalle metallag i væsentlig grad påvirker lokale elektromagnetiske felter. Glattere tynde film kunne også forbedre grænserne for detektion, følsomhed og fotostrøm, henholdsvis, i sådanne applikationer.

Forskernes seneste undersøgelser på dette område er blevet publiceret i Langmuir og Journal of Physical Chemistry C , tidsskrifter fra American Chemical Society. Forskerne blev tildelt amerikansk patent nr. 8, 097, 295 den 17. januar for udviklingen.