HRP20220951A1 - Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera - Google Patents

Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera Download PDF

Info

Publication number
HRP20220951A1
HRP20220951A1 HRP20220951AA HRP20220951A HRP20220951A1 HR P20220951 A1 HRP20220951 A1 HR P20220951A1 HR P20220951A A HRP20220951A A HR P20220951AA HR P20220951 A HRP20220951 A HR P20220951A HR P20220951 A1 HRP20220951 A1 HR P20220951A1
Authority
HR
Croatia
Prior art keywords
laser
pulse
unit
materials
nanoparticles
Prior art date
Application number
HRP20220951AA
Other languages
English (en)
Inventor
Nikša Krstulović
Damjan Blažeka
Julio Car
Dejan Maletić
Rafaela Radičić
Mario Rakić
Original Assignee
Institut Za Fiziku
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Za Fiziku filed Critical Institut Za Fiziku
Priority to HRP20220951AA priority Critical patent/HRP20220951A1/hr
Publication of HRP20220951A1 publication Critical patent/HRP20220951A1/hr

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Ovaj izum definira metodu proizvodnje dvokomponentnih nanočestica u dva koraka. U prvom koraku pulsnim laserom ablatiramo materijale A i B (4) i pritom ih deponiramo na podlogu C (8) u željenom omjeru. Ablatiranje pulsnim laserom (1) je dobro definirane duljine trajanja tretiranja, energije laserskih pulseva, vremena trajanja pulsa i repeticije pulseva. Proces se odvija u vakuum komori (6) kako bi se održala čistoća uzorka. Ovim postupkom smo dobili cjelinu D koja sadrži materijale A i B (4) dobro pomiješane. U drugom koraku cjelinu D stavljamo u posudu sa destiliranom vodom, pri tome cjelina D u posudi sad ima oznaku E te je tretiramo pulsnim laserom (15). Tretiranje pulsnim laserom (15) je dobro definirane duljine trajanja tretiranja, energije pulseva, vremena trajanja pulsa i repeticije pulseva. S obzirom da je energija lasera dovoljna da dovodi do odvajanja dijelova materijala iz cjeline E, a proces se odvija u vodi; ti odvojeni dijelovi će se formirati u dvokomponentne nanočestice AB.This invention defines a method for the production of two-component nanoparticles in two steps. In the first step, we ablate materials A and B (4) with a pulse laser and deposit them on the base C (8) in the desired ratio. Ablation with a pulsed laser (1) has a well-defined treatment length, laser pulse energy, pulse duration and pulse repetition. The process takes place in a vacuum chamber (6) in order to maintain the purity of the sample. With this process, we obtained unit D, which contains materials A and B (4) well mixed. In the second step, we place unit D in a container with distilled water, while unit D in the container now has the mark E, and we treat it with a pulse laser (15). Pulsed laser treatment (15) has a well-defined treatment duration, pulse energy, pulse duration and pulse repetition. Given that the laser energy is sufficient to lead to the separation of parts of the material from the unit E, and the process takes place in water; these separated parts will form into two-component nanoparticles AB.

Description

Područje tehnike
Izum se odnosi na tehničko područje pripravljanja dvokomponentnih nanočestica.
Tehnički problem za čije rješenje se traži zaštita
Ovom inovacijom omogućuje se zelena sinteza (bez kemikalija) dvokomponentnih nanočestica širokog spektra sastava budući da se bilo koja dva metala ili metalna oksida mogu i naparavati pomoću pulsne laserske depozicije tankih filmova i potom ablatirati u tekućini što rezultira sintezom koloidne otopine nanočestica. Ovakve nanočestice imaju široku primjenu u područjima tzv. čiste energije u procesima fotokatalize za pročišćenje vode i zraka od organskih i anorganskih onečišćivača, dobivanja vodika u procesima cijepanja vode, razvoju fotovoltaika i senzora. Ovom metodom mogu se sintetizirati i nanočestice koje do sada nisu mogle biti istraživane jer ih nije bilo moguće sintetizirati standardnim ili specifičnim tehnikama pa se time otvaraju mnoge mogućnosti primjene ovakvih nanokompozita. Jedna od primjena je razvoj dvokomponentnih nanočestica za naprednu fotokatalizu u vidljivom dijelu optičkog spektra. Većina dvokomponentnih nanočestica koje je moguće dobiti ovom metodom nije moguće dobiti drugim metodama.
Inovacija se bazira na razvoju metode sinteze dvokomponentnih nanočestica laserskom ablacijom u vodi posebno pripremljenih meta. Ovom metodom sintetizirale bi se dvokomponentne metal/metal, metal-oksid/metal, ili metal-oksid/metal-oksid nanočestice (općenito sastoje se od komponenti A i B). Mete bi se sintetizirale pomoću pulsne laserske depozicije naizmjenice komponente A i komponente B, na podlogu C. Mijenjanjem eksperimentalnih parametara (broj laserskih pulseva u jedinici vremena po komponenti A ili B) mijenjao bi se i omjer deponiranih komponenti materijala A i B na podlozi C. Ovim postupkom smo dobili metu AB koja ima dobro pomiješane materijale A i B uz istovremeno dobro definirane njihove udjele u meti AB.
Tako dobivena meta potom bi se ablatirala u vodi, a iz čega nastaju koloidne otopine dvokomponentnih nanočestica. S obzirom da želimo dobiti nanočestice koje sadrže samo materijale A i B tada je potrebno da debljina naparenog sloja prilikom njihove depozicije na podlozi C bude dovoljno debela kako se naknadnom ablacijom u vodi nebi ablatirao i dio podloge. Prilikom depozicije podloga C rotira kako bi bio homogeno prekriven kombinacijom materijala A i B.
Prilikom navedene depozicije podloga C se može dodatno grijati kako bi napareni sloj bio kristaliničan. Depozicija se može odvijati i pod nekim tlakom određenog plina kako bi se dobila željena morfologija, stehiometrija i hrapavost naparenog sloja na podlozi.
Postojeće stanje tehnike na koje se izum odnosi
Postoje razne metode kojima se sintetiziraju dvokomponentne nanočestice. Članak: Vincenzo Amendola, Stefano Scaramuzza, Francesco Carraro, Elti Cattaruzza, Journal of Colloid and Interface Science, Volume 489, 1 March 2017, Pages 18-27: Sinteza dvokomponentnih nanočestica laserskom ablacijom Au/Fe filmova u tekućini. Radiofrekventno magnetronsko rasprašenje (frekvencija napajanja 13.56 MHz) je korišteno za izradu Au/Fe filmova depozicijom željeza i zlata na „soda-vapno“ staklu u atmosferi čistog argona na tlaku od 40*10-4 mbar i na sobnoj temperaturi. Kako bi depozicija bila ravnomjernija, nosač uzorka je rotiran frekvencijom od 10 Hz. Korištena su različita vremena depozicije za pojedini materijal da bi se dobile različite debljine slojeva u filmu. Debljina sloja je mjerena pomoću RBS (Rutherford backscattering spectrometry). Napravljeni su filmovi s različitim brojem i poretkom pojedinih slojeva, čije su debljine varirale od 50 do 175 nm. Na taj način napravljeni filmovi korišteni su kao mete za pulsnu lasersku ablaciju u destiliranoj vodi ili etanolu, a ona je vršena laserom valne duljine 1064 nm sa energijom od 70 mJ po pulsu, trajanjem pulsa od 6 ns i frekvencijom od 0.5 Hz, a laserski puls je lećom fokusiran na metu i tok mu iznosi do 3.5 J/cm2. Staklena ćelija u kojoj se nalaze tekućina i film montirana je na pomičnu platformu koja je podešena tako da su centri ablacije između dva pulsa jedan od drugoga udaljeni minimalno 0.2 mm, kako bi se izbjegla ablacija istog područja na meti.
Kao rezultat, dobivene su koloidne otopine bimetalnih Au-Fe nanočestica LogNormal distribucije s maksimumima raspodjele od 4 do 8 nm i različitim udjelima Au i Fe, ovisno o korištenoj tekućini, poretku i debljini slojeva Au i Fe u filmu. Iz navedenog rada vidi se da je navedena metoda ograničena materijalima pogodnim za magnetronsko rasprašenje.
Također članak: Moram Sree Satya Bharati, Byram Chandu and S. Venugopal Rao, RSC Adv., 2019, 9, 1517–1525: Sinteza Ag-Cu legurnih nanočestica femtosekundnom laserskom ablacijom i ozračivanjem. Najprije su proizvedene zasebne koloidne otopine Ag i Cu nanočestica 30-minutnom laserskom ablacijom Ag i Cu meta u destiliranoj vodi. Za ablaciju je korišten femtosekundni laser na valnoj duljini 800 nm, duljine trajanja pulsa 50 fs, energije pulsa 300µJ, frekvenciji 1 kHz. Metalne mete čistoće 99.9% su postavljene na dno staklene posude sa 10 mL vode, a njihova debljina je 1mm. Laserska zraka je fokusirana plan-konveksnom lećom f = 10 cm na metu tako da je tok na njoj iznosio 3.8 J/cm2. Da bi se izbegla višestruka ablacija na istom mjestu i povećala produkcija nanočestica uzorci su tijekom ablacije pomicani korištenjem pokretne platforme koja se gibala 0.1 mm s-1 u x i y smjeru. Dvokomponentne Ag-Cu nanočestice su napravljene miješanjem jednakih volumena (2.5 mL) prethodno pripremljenih koloidnih otopina i ozračivanjem nefokusiranim laserskim snopom čiji je tok po pulsu ~0.23 J cm-2, a energija 150 µJ. Koloidna otopina je konstantno miješana magnetnom miješalicom na 50 rpm da se postigne ravnomjernije ozračivanje nanočestica. Vrijeme ozračivanja koje je dovelo do stvaranja otopine u kojoj dominiraju dvokomponentne nanočestice bilo je 90 minuta. Dobivene nanočestice imaju log-normal raspodjelu s maksimumom raspodjele od nekoliko desetaka nm. Dvokomponentne nanočestice sintetizirane ovom metodom dobivene su miješanjem dvije koloidne otopine jednokomponentnih nanočestica koje se potom tretiraju laserskim pulsevima uslijed čega se dobiju dvokomponentne nanočestice, ali u otopini ostaje i određena količina jednokomponentnih nanočestica.
Izlaganje biti izuma
Detaljan opis najmanje jednog od načina ostvarivanja izuma
Zahtijeva se priznanje patenta koji definira metodu proizvodnje nanočestica. Metoda se sastoji od pulsnog lasera 1 čiji snop 2 se fokusira pomoću leće 3 tako da osvjetljava metu od srebra i cink-oksida, 4. Uloga leće 3 je da prilagodi promjer laserskog pulsa, leća je od kvarca. Laser je pulsni s trajanjem pulseva od 5 ns, repeticije pulseva 5 Hz, valne duljine pulseva 1064 nm i energije po pulsu 300 mJ. Trajanje procesa deponiranja je tipično 10 minuta, no može trajati od sekunde do sata. Laserski pulsevi mogu trajati od jedne nanosekunde do jedne femtosekunde. Repeticija laserskih pulseva može biti iz područja od 1 Hz do 1 kHz. Energija po laserskom pulsu može biti od 1 mJ do 5 J. Laser može biti i druge valne duljine iz područja ultraljubičaste, vidljive ili infracrvene valne duljine.
Elementi od materijala A i B, 4 se nalazi na nosaču 5 u komori 6, a laserski snop ulazi u komoru kroz optički prozor 7. Element 4 je od srebra i cinkovog-oksida zbog povoljnih karakteristika, no može biti i od zlata, platine, paladija, cinkovog-oksida, titan-dioksida, vanadij-oksida, željezo-oksid i volfram-oksida. Prozor 7 ima ulogu da zadrži vakuum u komori a istovremeno propušta lasersku zraku. Energija laserskog pulsa dovodi do naizmjeničnog odvajanja dijelova materijala srebra i cinkovog-oksida, 4, odnosno laserske ablacije srebra i cinkovog oksida. Periodičnost odvajanja srebra i cinkovog-oksida je rezultat izbora (koji u konačnici dovodi do željenog omjera srebra i cinkovog-oksida u nanočesticama). Nosač 5 je od metala. Proces se odvija u zatvorenoj vakuumskoj komori 6, čime se osigurava da ablatirani materijal srebra i cink-oksida upadne na podlogu materijala C, 8 od silicija. Element 8 je na nosaču 9 koji se može grijati grijačem 10. Komora 6 je napravljena od čelika tako da izdrži stvaranje vakuuma unutar same komore. Ablatirani dijelovi srebra i cinkovog-oksida šire se u okolni prostor unutar komore; te se dio srebra i cinkovog-oksida deponira, to je sada materijal AB ́,11, na siliciju, 8, koji se nalazi na metalnom nosaču 9, a istovremeno se drži na konstantnoj temperaturi pomoću grijača 10, u vakuumskoj komori 6. Grijač 10 služi da se podloga od srebra i cinkovog-oksida zagrije na određenu temperaturu što omogućava da deponirano srebro bude kristalinično.
Dodatno, umjesto vakuuma u komori se može postaviti dobro definirani tlak određenog plina kako bi se postigla željena morfologija, stehiometrija i hrapavost naparenog sloja na podlozi. Nosač 5 ima mogućnost motoriziranog pomicanja u dvije osi ravnine x-y. Ravnina x-y je okomita u odnosu na upadni laserski snop. Pomicanje uzduž osi x ima za posljedicu odabira koncentracije omjera A/B, dok pomicanje uzduž y osi ima za posljedicu da laserska zraka ne upada uzastopno na isto mjesto odabranog materijala već ga homogenije ablatira. Dakle materijal A i materijal B su postavljeni na nosač 5 tako da se pomicanjem uzduž x-osi na jednu, odnosno drugu stranu može odabrati da li će laser ablatirati materijal A ili materijal B. Učestalošću odabira pojedinih materijala se definira omjer A/B odnosno udio pojedinih materijala A i B u elementu AB ́,11 koji zajedno sa podlogom C, 8 formira cjelinu D, 12. Pomicanje uzduž y-osi osigurava da se ne ablatira kontinuirano isto mjesto na odabranom materijalu, već se ablatira ravnomjernije cijeli element, a to dovodi do preciznijeg poznavanja udjela pojedinih komponenti A, odnosno B u novoformiranom elementu AB ́,11.
U konkretnom slučaju, ovim procesom se formira cjelina AB ́,11 koja se sastoji od dva pomiješana materijala srebra i cinkovog-oksida. Cjelina D, 12, zajedno sa podlogom je bazni element za izradu dvokomponentnih nanočestica. Cjelina AB ́,11 može biti kombinacija bilo koja dva materijala navedena kao elementi od materijala A i materijala B.
Zatim cjelinu D, 12 izvadimo iz vakuumske komore i stavljamo u posudu s tekućinom, u kojoj će ta cjelina na novoj poziciji, u posudi, imati naziv cjelina E, 13, u destiliranoj vodi 14, biti ablatirana laserom 15, odnosno njegovim laserskim snopom 16. Kako bi se prilagodio fokus laserske zrake koristimo leću 17 za ablaciju, pri čemu će unutar tekućine doći do odvajanja dijelova od cjeline 13. Odvojeni dijelovi, sada raspršeni unutar tekućine su sastavljeni od materijala srebra i cinkovog-oksida. Ti dijelovi će u vodi formirati dvokomponentne nanočestice srebro/cink-oksid sastavljene od srebra i cinkovog-oksida. Laser 15 korišten za ablaciju u vodi je pulsni laser s trajanjem pulsa 5 ns, repeticije pulseva 5 Hz, valne duljine 1064 nm i energije po pulsu 300 mJ. Trajanje procesa deponiranja je tipično 10 minuta, no može trajati od sekunde do sata.
Laserski pulsevi mogu trajati od jedne nanosekunde do jedne femtosekunde. Repeticija laserskih pulseva može biti iz područja od 1 Hz do 1 kHz. Energija po laserskom pulsu može biti od 1 mJ do 5 J. Laser može biti i druge valne duljine iz područja ultraljubičaste, vidljive ili infracrvene valne duljine. Leća 17 je od kvarca, a može biti i od stakla.
Kratki opis crteža
Slika 1: Prikazan je postav za lasersku ablacija materijala A i B, 4 u vakuumskoj komori 6, na podlogu C, 8 koja se nalazi na nosaču 9, te se grije grijačem 10.
Slika 2: Kao rezultat laserske ablacije dolazi do depozicije materijala iz početnih elemenata A i B, 4 na podlogu C, 8, u obliku AB ́, 11, odnosno do formiranja cjeline D, 12.
Slika 3: Cjelina E, 13, se ablatira korištenjem lasera 15, laserskim snopom 16. Ovim postupkom nastaju nanočestice AB.
Popis oznaka:
1) pulsni laser za ablaciju materijala A i B
2) snop pulsnog lasera za ablaciju materijala A i B
3) leća za fokusiranje pulsnog lasera za ablaciju materijala A
4) materijali A i B
5) nosač elementa materijala A i B
6) komora za ablaciju materijala A i B
7) prozor za ulaz lasera za ablaciju
8) materijal C
9) nosač materijala C
10) grijač materijala C
11) deponirani materijal AB ́
12) komponirana cjelina D
13) cjelina E koja će se ablatirati u tekućini
14) posuda sa tekućinom
15) pulsni laser za ablaciju cjeline E
16) snop pulsnog lasera za ablaciju cjeline E
17) leća za fokusiranje pulsnog lasera za ablaciju cjeline E

Claims (5)

1. Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica koje se sastoje od materijala A i B (4) korištenjem lasera za ablaciju (1), naznačena time, da se materijali A i B nalaze u vakuum komori (6) te se zasebno u određenom omjeru ablatiraju laserom te pritom deponiraju na podlogu od materijala C, 8, a zatim se laserom (15) u tekućini ablatira cjelina E (13) koja je nastala formacijom od početnih materijala A i B na podlozi C,8, na način da laserski puls odvaja mješavinu materijala A i B koji će u tekućini formirati dvokomponentne nanočestice AB.
2. Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica koje se sastoje od materijala A i B (4) korištenjem lasera za ablaciju (1), naznačena time, da se materijali A i B nalaze u vakuum komori (6) u kojoj je dobro definirani tlak određenog plina te se zasebno u određenom omjeru ablatiraju laserom te pritom deponiraju na podlogu od materijala C, 8, a zatim se laserom (15) u tekućini ablatira cjelina E (13) koja je nastala formacijom od početnih materijala A i B na podlozi C,8, na način da laserski puls odvaja mješavinu materijala A i B koji će u tekućini formirati dvokomponentne nanočestice AB.
3. Patentni zahtjev prema zahtjevu 1 ili 2, naznačen time, da podloga od materijala C (8) rotira prilikom depozicije.
4. Patentni zahtjev prema zahtjevu 1 ili 2, naznačen time, da se podloga od materijala C (8) dodatno grije grijačem (10) prilikom depozicije.
5. Patentni zahtjev prema zahtjevu 1 ili 2, naznačen time, da podloga od materijala C (8) rotira i dodatno grije grijačem (10) prilikom depozicije.
HRP20220951AA 2022-07-29 2022-07-29 Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera HRP20220951A1 (hr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HRP20220951AA HRP20220951A1 (hr) 2022-07-29 2022-07-29 Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HRP20220951AA HRP20220951A1 (hr) 2022-07-29 2022-07-29 Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera

Publications (1)

Publication Number Publication Date
HRP20220951A1 true HRP20220951A1 (hr) 2024-02-02

Family

ID=89666389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HRP20220951AA HRP20220951A1 (hr) 2022-07-29 2022-07-29 Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera

Country Status (1)

Country Link
HR (1) HRP20220951A1 (hr)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4701592A (en) Laser assisted deposition and annealing
CN105220117B (zh) 一种金属纳米粒子有序微结构的制备方法
JP2013519505A (ja) パルスレーザ溶発によるナノ粒子溶液の製造
JPS61204372A (ja) 電子線による異種原子の固体内注入を利用した材料の非晶質化方法
WO1996012587A1 (en) A dual-laser process for film deposition
EP2845920A1 (de) Oxidverbindungen als Beschichtungszusammensetzung
CN106975841A (zh) 飞秒激光双脉冲空气中一步法制备金属拉曼基底
Fogarassy et al. Low‐temperature synthesis of silicon oxide, oxynitride, and nitride films by pulsed excimer laser ablation
HRP20220951A1 (hr) Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica iz dvokomponentne mete korištenjem lasera
HRP20211098A1 (hr) Metoda proizvodnje dvokomponentnih nanočestica korištenjem lasera
Cristescu et al. New results in pulsed laser deposition of poly-methyl-methacrylate thin films
CN101804962A (zh) 无机材料纳米粒子的制法及应用该制法的装置
Latif et al. IR and UV irradiations on ion bombarded polycrystalline silver
JP4158926B2 (ja) レーザーアニーリングを利用したβ−FeSi2の製造方法
US20180273931A1 (en) Crystalline materials on biological tissue and methods for making the same
JP3550658B2 (ja) 結晶構造の制御された二酸化チタン系薄膜の製造方法
Yuan et al. The componential and morphological characteristics of Cu3N induced by femtosecond laser pulses
CN108642444A (zh) 一种高透明光致发光的氧化锌-聚乙烯复合涂层的制备方法
JP2588971B2 (ja) レーザ蒸着方法及び装置
RU2004134944A (ru) Способ импульсно-лазерного получения тонких пленок материалов с высокой диэлектрической проницаемостью
Das Growth of ZnO Thin Films on Silicon and Glass Substrate by Pulsed Laser Deposition a Thesis
JP2011068929A (ja) レーザーアブレーションによる成膜方法、その方法に用いるレーザーアブレーション用ターゲット及びそのレーザーアブレーション用ターゲットの製造方法
BE1007242A3 (fr) Procede de production d'une couche metallique fortement adherente sur de l'alumine frittee et produit metallise ainsi obtenu.
Oszwaldowski et al. Pulsed laser deposition of II–VI semiconductor thin films and their layered structures
Cancea et al. Analysis of zirconia thin films grown by Pulsed Laser Deposition

Legal Events

Date Code Title Description
A1OB Publication of a patent application