CZ303566B6

CZ303566B6 - Zpusob depozice nanocástic kovu na povrch substrátu

Info

Publication number: CZ303566B6
Application number: CZ20100881A
Authority: CZ
Inventors: Šišková@Karolína; Šafárová@Klára; Mašlán@Miroslav
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-12-12
Also published as: CZ2010881A3

Abstract

Zpusob depozice nanocástic kovu na povrch substrátu je založen na aktivaci povrchu substrátu predem opracovaného nízkoteplotním plazmatem za pokojové teploty na vzduchu za atmosférického tlaku s následnou depozicí nanocástic kovu ponorením substrátu do vodné nebo nevodné suspenze nanocástic kovu a odparením kapaliny po vyjmutí substrátu ze suspenze.

Description

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti vytváření nanočásticových struktur kovů na povrchu různých substrátů.

Dosavadní stav techniky

Povrchové plazmony a vysoká elektrická vodivost nanočástic kovů deponovaných v 2D (dvourozměrné) struktuře na aktivní elektrodě (např. vodivá „indium-tin-oxide“ vrstva na opticky transparentním substrátu) jsou úspěšně využívány v organických solárních článcích a v organických diodových zdrojích světla ke zvýšení jejich účinnosti [Park H. J., Vak D., Noh Y. Y.; Lim B., Kim D. Y.: Applied Physics Letters 2007, 90, 161107; Morfa A., Rowlen K. L., Reilly, T. H., Romero M. J., van de Lagemaat J.: Applied Physics Letters 2008, 92, 013504; Kim S. S., Na S. L, Jo J., Kim D. Y., Nah Y. CH.: Applied Physic Letters 2008, 93, 073307; Lee J. H„ Park J. H., Kim J. S., Lee D. Y., Cho K.: Organic Electronics 2009, 10, 416].

K depozici nanočástic kovů na různých substrátech jsou využívány různé techniky jako jsou: a) termická evaporace [Park H. J., Vak D., Noh Y, Y.; Lim B., Kim D. Y.: Applied Physics Letters 2007, 90, 161107; Morfa A, Rowlen K. L., Reilly, T. H., Romero M. J., van de Langemaat J.: Applied Physics Letters 2008, 92, 013504], b) magnetronové pokovování rozprašováním [Qiu T., Jiang J., Zhang, W., Lang X., Yu, X., Chu P. K.: ACS Applied Materials and Interfaces 2010, 2, 2465], c) elektrodepozice [Kim S. S., Na S. L, Jo J., Kim D. Y., Nah Y. Ch.: Applied Physics Letters 2008, 93, 073307], d) chemická depozice [Lee J. H., Park J. H., Kim J. S., Lee D. Y., Cho K.: Organic Electronics 2009, 10, 416; Cheng W., Dong S., Wang E.: Journal of Physical Chemistry 5 2004, 108, 19146].

Nedostatkem termické evaporace, magnetronové ho pokovování rozprašováním a elektrodepozice je potřeba použití vysokých teplot, vysokého vakua a vysokých elektrických proudů. Nedostatkem použití chemické depozice pro vytváření nanočásticových struktur na substrátech je vysoká cena a použití environmentálně nepřijatelných chemických sloučenin.

Jiným způsobem zvýšení účinnosti elektrod organických solárních článků a diodových zdrojů světlaje opracování vodivé vrstvy deponované na transparentním substrátu plazmatem [Ishii M., Moři T., Fujikawa H., Tokio S., Taga Y.: Journal of Luminiscence 2000, 87 až 89, 1165; Chán I. M., Cheng W. Ch. Hong F. C.: Applied Physics Letters 2002, 80, DOI: 10.1063/1.1428624]. Využití tzv. nízkoteplotního plazmatu pro povrchovou modifikaci řady materiálů jako jsou polymery, textilní vlákna, membrány, adsorbenty a elektrody je sumarizováno v [Kogelschatz U.: Plasma Chemistry and Plasma Processes 2003, 23, 1].

Je známo, že pozitivní efekt zvýšení účinnosti elektrod solárních článků a diodových zdrojů světla může být dosažen jednak využitím opracování povrchu elektrod nízkoteplotním plazmatem a jednak přítomností nanočástic kovů deponovaných ve 2D (dvourozměrné) struktuře na povrchu elektrod. Kombinace těchto dvou možností však nebyla doposud nikdy využita.

Způsob depozice nanočástic kovů na povrch substrátu, který odstraňuje nedostatky používaných metod depozice nanočástic na povrch substrátu a současně umožňuje využití pozitivního vlivu nízkoteplotního plazmatu na vlastnosti povrchu substrátu a vzniku plazmonů ve 2D (dvourozměrných) nanočásticových strukturách kovů na povrchu substrátu je předmětem a cílem tohoto vynálezu.

Způsob depozice nanočástic kovů na povrchu elektrod solárních článků a diodových zdrojů světla s využitím nízkoteplotního plazmatu kombinující pozitivní vliv opracování povrchu elektrod

- J CZ 303566 B6 nízkoteplotním plazmatem a depozice nanočástic kovů na povrchu substrátu na zvýšení účinnosti elektrod solárních článků a diodových zdrojů světlaje také předmětem a cílem tohoto vynálezu.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je způsob depozice nanočástic kovů na povrch substrátu, spočívající v tom, že nanočástice kovů jsou na povrch substrátu předem opracovaného nízkoteplotním plazmatem při pokojové teplotě a za atmosférického tlaku nanášeny jejich ponořením do vodné nebo nevodné suspenze nanočástic kovů s následným odpařením kapaliny.

Dále je podstatou vynálezu, že nanočástice kovů deponované na povrchu substrátu předem opracovaného nízkoteplotním plazmatem jsou organizovány do 2D (dvourozměrné) struktury.

Je rovněž podstatou vynálezu, že doba opracování povrchu substrátu nízkoteplotním plazmatem prostřednictvím změny smáčivosti tohoto povrchu ovlivňuje míru depozice nanočástic kovů na tomto povrchu a samoorganizaci nanočástic do 2D (dvourozměrné) struktury.

Také je podstatou vynálezu, že výběrem kapaliny, ve které je vytvořena suspenze nanočástic kovů, je ovlivněna homogenita depozice nanočástic kovů na povrchu substrátu a agregace těchto částic a jejich samoorganizace do 2D (dvourozměrné) struktury.

Také je podstatou vynálezu, že řízením rychlosti odpařování kapaliny, ve které je vytvořena suspenze nanočástic kovů, změnou teploty nebo tlaku, je ovlivněna homogenita depozice nanočástic kovů na povrchu substrátu a agregace těchto částic a jejich samoorganizace do 2D (dvourozměrné) struktury.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 porovnává, prostřednictvím snímků ze skenujícího elektronového mikroskopu, (A) 3D (trojrozměrné) agregáty nanočástic Ag na povrchu substrátu neaktivovaného nízkoteplotním plazmatem a (B) 2D (dvourozměrné) pokrytí ITO (tj. In-Sn-O) povrchu, který byl aktivován plazmatem, nanočásticemi stříbra.

Obr. 2 ukazuje snímky ze skenovacího elektronového mikroskopu, kde Ag nanočástice jsou deponované na povrch substrátu za použití vodné (A, B) a etanolové (C, D) suspenze. Obrázky (A, C) jsou z povrchu substrátu neaktivovaného, zatímco (B, D) z povrchu substrátu aktivovaného nízkoteplotním plazmatem.

Obr. 3 je snímek z transmisního elektronového mikroskopu ukazující velikosti nanočástic stříbra, které byly použity pro depozice.

Obr. 4 tvoří snímky ze skenovacího elektronového mikroskopu prokazující tvorbu: (A) 3D (trojrozměrných) struktur z Ag nanočástic deponovaných na povrch substrátu neaktivovaného nízkoteplotním plazmatem; (B) 2D (dvourozměrných) struktur z Ag nanočástic deponovaných na povrch substrátu aktivovaného nízkoteplotním plazmatem.

Příklady provedení vynálezu

Vzorek tvořený lOOnm vodivou vrstvou ITO (indium—tin-oxide = oxid india a cínu) nanesenou na polyester byl očištěn pomocí isopropylalkoholu a vysušen v proudu dusíku. Následně byla vodivá ITO vrstva vzorku aktivována nízkoteplotním plazmatem po dobu dvou minut za pokojové teploty na vzduchu. Bezprostředně po aktivaci plazmatem byl vzorek ponořen do vodné nebo etanolové suspenze nanočástic stříbra o středním průměru 4 ±3 nm (obr. 3) na dobu dvou minut a následně byla odpařena kapalina. Obr. 2B a 2D ukazuje nanočástice stříbra deponované na ITO povrchu, přičemž byla použita vodná (obr. 2B) a etanolová suspenze (obr. 2D). Pro srovnání jsou na obr. 2A a 2C ukázány nanočástice stříbra deponované z vodné (obr. 2A) a zetanolové (obr. 2C) suspenze na plazmatem neaktivovaném povrchu. Je možné konstatovat, že nanočástice stříbra dispergované ve vodě nebo etanolu preferenčně interagují se substrátem aktivovaným nízkoteplotním plazmatem (obr. 2B a 2D). Současně je z obr. 2B a 2D vidět vliv rychlosti odpařování na strukturu deponovaných nanočástic. Při použití vodné suspenze nanočástic stříbra jsou tvořeny relativně velké agregáty nanočástic stříbra (obr. 2B). Pří použití etanolové suspenze dostáváme na povrchu substrátu náhodně rozdělené nanočástice stříbra nebo ultramalé kompaktní agregáty stříbra (obr. 2D). Je zřejmé, že pomalejší odpařování kapaliny vede ke vzniku větších agregátů nanočástic stříbra.

Detailní vliv depoziční techniky demonstruje obr. 4, kde obr. 4A ukazuje nanočástice stříbra deponované na substrátu neaktivovaném plazmatem. Je zřejmé, že částice se organizují do 3D (trojrozměrných) agregátů. V případě depozice nanočástic stříbra na substrátu aktivovaném plazmatem se nanočástice stříbra organizují do 2D (dvourozměrných) struktur (obr. 4B).

Na obr. 1B je ukázáno pravidelné 2D (dvourozměrné) pokrytí ITO povrchu aktivovaného plazmatem nanočásticemi stříbra při optimálních podmínkách. Za stejných podmínek na substrátu neaktivovaném plazmatem vznikají 3D (trojrozměrné) agregáty (obr. 1 A).

Průmyslová využitelnost

Uvedený způsob depozice nanočástic kovů je využitelný pro depozici nanočástic kovů (např. stříbra, zlata) na povrch elektrod solárních článků a diodových zdrojů světla. Uvedený způsob depozice vede k současnému využití pozitivního vlivu povrchových plazmonů a opracování povrchu elektrod plazmatem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob depozice nanočástic kovů na povrch substrátu, vyznačující se tím, že nanočástice kovů jsou na povrch substrátu předem opracovaného nízkoteplotním plazmatem při pokojové teplotě a za atmosférického tlaku nanášeny jejich ponořením do vodné nebo nevodné suspenze nanočástic kovů s následným odpařením kapaliny po vyjmutí substrátu ze suspenze.
2. Způsob depozice nanočástic kovů na povrch substrátu podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanočástice kovů jsou na povrchu substrátu organizovány do 2D struktury.
3. Způsob depozice nanočástic kovů na povrch substrátu podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho použití k úpravě elektrod solárních článků vede ke tvorbě samovolně uspořádaných 2D struktur nanočástic na povrchu těchto elektrod.