PL209045B1 - Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali - Google Patents
Sposób wytwarzania nanokrystalitów metaliInfo
- Publication number
- PL209045B1 PL209045B1 PL381630A PL38163007A PL209045B1 PL 209045 B1 PL209045 B1 PL 209045B1 PL 381630 A PL381630 A PL 381630A PL 38163007 A PL38163007 A PL 38163007A PL 209045 B1 PL209045 B1 PL 209045B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nanocrystallites
- metal
- sources
- substrate
- chamber
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 10
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanokrystalitów metali z materiałów proszkowych. Nanokrystality tego typu mogą być stosowane w zależności od rodzaju metalu w różnych działach nauki i gospodarki. Według sposobu, w komorze technologicznej urządzenia próżniowego umieszcza się dwa termiczne źródła materiałów proszkowych oraz podłoże. Źródła materiałów umieszcza się w dolnej części komory, a podłoże w górnej części komory, korzystnie nad źródłami. Jedno źródło zawiera fulleryt, a drugie źródło organiczny związek metalu. Następnie podgrzewa się źródła do temperatury odparowania związków i prowadzi się proces osadzania termicznego odparowywanych związków na podłożu. Po zakończeniu procesu osadzania otrzymaną warstwę studzi się, a następnie rozpuszcza w rozpuszczalniku organicznym właściwym dla danego metalu w płuczce ultradźwiękowej. Na zakończenie procesu wydziela się nanokrystality metalu i suszy się je.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanokrystalitów metali z materiałów proszkowych. Nanokrystality tego typu mogą być stosowane w zależności od rodzaju metalu w różnych działach nauki i gospodarki. Dla przykładu, nanokrystality niklu znajdują zastosowanie, jako domieszka tuszy do drukarek, nanokrystality palladu mogą być stosowane do katalizy a nanokrystality złota znajdują zastosowanie w medycynie, jako elementy niektórych leków.
Znanych jest szereg sposobów otrzymywania nanokryształów metali takich jak Au, Ag, Pd, Pt,
Ni czy Fe. Sposoby te opisane są między innymi w publikacjach: J.H.Fendler Nanoparticles and Nanostructured Films Preparation, Wiley, (1998), C.N.R.Rao et al, Chem.Eur.J., 8, 29-35(2002), T.Trindade et al, Chem.Mater., 13, 3843-3558(2001), M. Greek Curr. Opinion Solid State Mater Sci.,6, 347-353(2002), M.-P.Pileni, Nature Mater., 2, 145-150 (2003), G.Schmid Clusters and colloids, Wiley, (1994) i w większości opierają się na reakcji redukcji soli metali w fazie ciekłej lub na kondensacji atomów metali w fazie gazowej. Ta druga metoda nazywana jest czasem metodą otrzymywania nanokryształów z aerozolu i wiąże się z podgrzaniem osadzonego na jakiejś powierzchni aerozolu w celu uformowania nanokrystalitów. Metoda redukcji soli metali jest metodą, która wymaga bardzo dokładnej kontroli ilości składników reakcji a ponadto wydajność końcowa metody jest szacowana poniżej 10% G.Schmid, M.Harms, J-O.Malm, J-O.Bovin, J.van Ruitenbeck, J.Am.Chem.Soc.,115, 2046-2048 (1993).
Znane jest także otrzymywanie nanokrystalitów oparte na rozpylaniu magnetronowym metali takich jak Ni czy Pd (L.Gai Pratibha, Rahul Mitra, J.R.Weertman, Pure Appl.Chem., 74, 519-1526 (2002),R.Lamber, S.Wejten, N.I.Jaeger, Phys.Rev.B, 16, 10968-10971(1995)) z targetów czystych (99.99%) metali.
Metoda ta pozwala jednak na uzyskanie tylko bardzo cienkich warstw (kilkadziesięcio nanometrowych) złożonych z nanokrystalitów metali, a więc jest także metodą niewydajną. Podobnie niewydajnym sposobem jest sposób otrzymywania nanokrystalitów poprzez odparowanie termicznie w bardzo wysokiej próżni (10-10 Tor) czystych metali ze źródeł wolframowych (P.S.Waggoner, J.S.Palmer, V.N.Antonov, J.H.Weaver, Surface Sci., 596, 12-20 (2005)).
Znane są także metody elektrochemiczne otrzymywania nanokrystalitów metali takich jak Pd czy Ni (L.D.Pachon, M.Thathagar, F. Hartl, G.Rothenberg, Phys.Chem &Chem.Phys., 8, 151-157 (2006)); ale o ile nanokrystality Pd są stabilne i nie wykazują aglomeracji (pod warunkiem utrzymywania ich w atmosferze azotu), to nanokrystality Ni aglomerują już po 2 tygodniach nawet pomimo przechowywania ich w suchej i beztlenowej atmosferze.
Klastry metali można także otrzymywać metodą epitaksji z wiązek molekularnych (Y.Q.Cai, A.M.Bradshaw, Q.Guo, D.W.Goodman, Surface Sci., 399, L357-363 (1998)). Metoda ta jest jednak droga, niewydajną i pozwala na otrzymanie jedynie pojedynczych klastrów na specjalnie przygotowanych podłożach.
W publikacji S.Amoruso, G.Ausanio, R.Bruzzese, L.Lanotte, P. Scardi, M.Vitiello and X.Wang, J.Phys.: Condens. Matter, 18, L49-L53 (2006) opisano metodę ablacji laserowej z targetu metalicznego (Ni lub Fe) w próżni i osadzenie odparowanego w ten sposób metalu na podłożu. Jest to także technologia droga, w wyniku której można otrzymać warstwy grubości ok. 1 μηι złożone z nanokrystalitów o średnicy ok. 20 nm.
Celem wynalazku jest opracowanie, uzasadnionego ekonomicznie, sposobu otrzymania nanokrystalitów metalu o małej dyspersji średnicy ziaren i względnej ich regularności.
Sposób według wynalazku polega na otrzymywaniu nanokrystalitów metali z materiałów proszkowych. W sposobie tym najpierw w dolnej części technologicznej komory próżniowej, w odległości korzystnie większej niż 20 mm od siebie, umieszcza się dwa termiczne źródła materiałów proszkowych. W górnej części komory próżniowej, nad źródłami w odległości korzystnie większej niż 45 mm, umieszcza się podłoże. Jedno źródło zawiera, co najmniej 2 mg fullerytu, a drugie źródło co najmniej 2 mg organicznego związku metalu, korzystnie jest jeżeli próżnia w komorze technologicznej wynosi 1,33-10-3 Pa (10-5 Tor). Następnie podgrzewa się źródło fullerytu, korzystnie do temp. 600-700°C, a źródło związku metalu do temperatury odparowania tego związku i prowadzi się proces osadzania termicznego odparowywanych związków na podłożu. Po zakończeniu procesu osadzania otrzymaną warstwę studzi się, a następnie rozpuszcza w rozpuszczalniku organicznym właściwym dla danego metalu w płuczce ultradźwiękowej. Na zakończenie procesu wydziela się nanokrystality metalu i suszy się je.
PL 209 045 B1
W sposobie wedł ug wynalazku otrzymuje się nanokrystality metalu wbudowane w matrycę wę glową. Nanokrystality metalu są rozłożone równomiernie w całej objętości matrycy. Możliwa jest do osiągnięcia warstwa, o grubości od 100 nm do 1 μm, przy średnicach uzyskanych nanokrystalitów od 1 do 40 nm. Przy czym, dyspersja tych średnic zależy od takich parametrów procesu technologicznego jak temperatura źródeł, rozmieszczenie źródeł i podłoża w komorze technologicznej.
Zaletą sposobu jest także możliwość otrzymania warstwy nanokrystalitów na dowolnym podłożu oraz łatwość uzyskania czystych nanokrystalitów w postaci proszku o stabilnych w czasie parametrach.
Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wytwarzania nanokrystalitów niklu (Ni) pokazanych na rysunku.
Nanokrystality takie otrzymuje się w procesie dwuetapowym. W pierwszym etapie procesu w technologicznej komorze próżniowej umieszcza się dwa źródła z materiałami proszkowymi oraz podłoże w postaci szklanej płytki umieszczonej ponad źródłami. Przy czym źródła oddalone są od siebie o 20 mm. Jedno ze źródeł zawiera fulleryt w postaci proszkowej mieszaniny fullerytów C60 i C70 w stosunku wagowym 85:15. Drugie źródło zawiera organiczny związek metalu niklu, jakim jest octan niklu rozkładający się w temperaturze 238°C. Następnie przystępuje się do procesu naparowania, który prowadzi się w warunkach wysokiej próżni (10-5 Tor) z zachowaniem odpowiedniej temperatury w komorze technologicznej. Dla źródła fullerytu zapewnia się temperaturę 600-700°C, a dla octanu niklu temp. 1300°C. W wyniku procesu naparowywania, który prowadzono przez 1 godz. na szklanym podłożu otrzymano warstwę zbudowaną z matrycy z amorficznego węgla o grubości ok. 1 μm z wbudowanymi w nią krystalitami niklu w ilości 10% wag.
W drugim etapie procesu oddziela się warstwę zawierającą matrycę węglową z krystalitami niklu od podłoża za pomocą rozpuszczalnika organicznego, jakim jest mieszanina toluen/metanol, w płuczce ultradźwiękowej. Następnie wydziela się z otrzymanego roztworu ziarna metalu w odpowiedni sposób dla rodzaju pierwiastka. W przypadku nanokrystalitów niklu wydzielanie prowadzi się z roztworu przy pomocy silnego magnesu. Wydzielone nanokrystality Ni poddaje się suszeniu (aż do otrzymania suchej masy),a następnie przenosi się suchą masę do etanolu, poddaje się zdyspergowaniu (za pomocą ultradźwięków) i metodą sedymentacji z otrzymanej zawiesiny wydziela się czyste nanokrystality Ni o różnych wielkościach. Otrzymane nanokrystality metalu mają małą dyspersję średnicy ziaren 1.5 - 6 nm. Dyspersja średnicy ziaren jest uwarunkowana przebiegiem i parametrami (temperatura źródeł, odległość podłoże-źródła, wysokość próżni) procesu odparowania w próżni organicznego związku niklu i fiillerytu.
Przedstawiony na rysunku obraz TEM (transmisyjnej mikroskopii elektronowej) pokazuje warstwę zbudowaną z nanokrystalitów Ni umieszczonych w matrycy, otrzymaną w pierwszym etapie procesu. Strzałkami na rysunku pokazano nanokrystality Ni, zaś we wstawionym rysunku pokazany jest obraz dyfrakcji elektronowej typowy dla struktury niklu typu fcc.
Claims (4)
1. Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali z materiałów proszkowych, znamienny tym, że najpierw w dolnej części komory próżniowej umieszcza się dwa termiczne źródła materiałów proszkowych, a w górnej części komory próżniowej, nad źródłami umieszcza się podłoże, przy czym jedno źródło zawiera co najmniej 2 mg fullerytu, a drugie źródło co najmniej 2 mg organicznego związku metalu, następnie podgrzewa się źródła do temperatury odparowania związków i prowadzi się proces osadzania termicznego odparowywanych związków na podłożu, po zakończeniu procesu osadzania otrzymaną warstwę studzi się, a następnie rozpuszcza w rozpuszczalniku organicznym właściwym dla danego metalu w płuczce ultradźwiękowej, a na zakończenie procesu wydziela się nanokrystality metalu i suszy się je.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość między źródłami jest mniejsza niż 20 mm, a odległość pomiędzy źródłami i podłożem, na którym osadzana jest warstwa jest większa niż 45 mm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próżnia w komorze technologicznej wynosi co najmniej 1,33-10-3 Pa (10-5 Tor).
PL 209 045 B1
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura źródła fullerytu wynosi 600700°C, natomiast temperatura źródła zawierającego organiczny związek metalu jest wyższa od temperatury rozkładu tego związku.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL381630A PL209045B1 (pl) | 2007-01-29 | 2007-01-29 | Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL381630A PL209045B1 (pl) | 2007-01-29 | 2007-01-29 | Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL381630A1 PL381630A1 (pl) | 2008-08-04 |
| PL209045B1 true PL209045B1 (pl) | 2011-07-29 |
Family
ID=43035885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL381630A PL209045B1 (pl) | 2007-01-29 | 2007-01-29 | Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL209045B1 (pl) |
-
2007
- 2007-01-29 PL PL381630A patent/PL209045B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL381630A1 (pl) | 2008-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5860957B2 (ja) | グラフェンを製造する方法 | |
| KR101622306B1 (ko) | 그라펜 시트, 이를 포함하는 그라펜 기재 및 그의 제조방법 | |
| US8337949B2 (en) | Graphene pattern and process of preparing the same | |
| Raj et al. | XRD and XPS characterization of mixed valence Mn3O4 hausmannite thin films prepared by chemical spray pyrolysis technique | |
| Daukiya et al. | Covalent functionalization of molybdenum disulfide by chemically activated diazonium salts | |
| Li et al. | Graphene nanosheets supporting Ru nanoparticles with controlled nanoarchitectures form a high-performance catalyst for CO x-free hydrogen production from ammonia | |
| US20100301212A1 (en) | Substrate-free gas-phase synthesis of graphene sheets | |
| JP2006007213A (ja) | 炭素ナノチューブ製造用触媒の製造方法 | |
| WO2009127896A1 (en) | Synthesis of an ordered covalent monolayer network onto a surface | |
| Castan et al. | New method for the growth of single-walled carbon nanotubes from bimetallic nanoalloy catalysts based on Prussian blue analog precursors | |
| Mierczynski et al. | Growth of carbon nanotube arrays on various CtxMey alloy films by chemical vapour deposition method | |
| Patil et al. | Polymerized organic–inorganic synthesis of nanocrystalline zinc oxide | |
| JP2010173862A (ja) | 微細構造材料の製造方法 | |
| WO2010079291A2 (fr) | Procédé de préparation de graphènes | |
| Mayoral et al. | On the behavior of Ag nanowires under high temperature: in situ characterization by aberration-corrected STEM | |
| US20060067872A1 (en) | Method of preparing catalyst base for manufacturing carbon nanotubes and method of manufacturing carbon nanotubes employing the same | |
| PL209045B1 (pl) | Sposób wytwarzania nanokrystalitów metali | |
| CN114197036B (zh) | 一种二维CuCrS2晶体材料及其制备方法 | |
| KR101094454B1 (ko) | 촉매 제조 방법 및 탄소나노튜브의 합성방법 | |
| Wang et al. | Controllable growth of two-dimensional SnSe 2 flakes with screw dislocations and fractal structures | |
| Song et al. | Fabrication and characterization of nanostructures on insulator substrates by electron-beam-induced deposition | |
| FR2940965A1 (fr) | Procede de preparation de graphenes | |
| KR102055573B1 (ko) | 탄소 담체를 이용하는 탄소나노튜브의 제조방법 | |
| CN119968234A (zh) | 用于氨合成的催化剂 | |
| Lee et al. | Liquid-phase intermediated chemical vapor deposition for ternary compositional 1D van der Waals material Nb 2 Pd 3 Se 8 |