PL220925B1 - Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą - Google Patents
Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwąInfo
- Publication number
- PL220925B1 PL220925B1 PL393843A PL39384311A PL220925B1 PL 220925 B1 PL220925 B1 PL 220925B1 PL 393843 A PL393843 A PL 393843A PL 39384311 A PL39384311 A PL 39384311A PL 220925 B1 PL220925 B1 PL 220925B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nanoparticles
- ligands
- monolayer
- layer
- hydrophilic
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 239000003446 ligand Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000000392 cycloalkenyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 11
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- -1 phenoxy anion Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 4
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SLCWLLVFKQHEIN-UHFFFAOYSA-N trimethyl(11-sulfanylundecyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCCCCCCCCCS SLCWLLVFKQHEIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CCIDWXHLGNEQSL-UHFFFAOYSA-N undecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCS CCIDWXHLGNEQSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004262 HgTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KSOCVFUBQIXVDC-FMQUCBEESA-N p-azophenyltrimethylammonium Chemical compound C1=CC([N+](C)(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C([N+](C)(C)C)C=C1 KSOCVFUBQIXVDC-FMQUCBEESA-N 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 abstract 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 26
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 18
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 16
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 11-mercaptoundecanoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCS GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-MZCSYVLQSA-N Deuterated methanol Chemical compound [2H]OC([2H])([2H])[2H] OKKJLVBELUTLKV-MZCSYVLQSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001074 Langmuir--Blodgett assembly Methods 0.000 description 2
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- YPLVPFUSXYSHJD-UHFFFAOYSA-N 11-bromoundec-1-ene Chemical compound BrCCCCCCCCCC=C YPLVPFUSXYSHJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- WGLUMOCWFMKWIL-UHFFFAOYSA-N dichloromethane;methanol Chemical compound OC.ClCCl WGLUMOCWFMKWIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000013580 millipore water Substances 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BNCXNUWGWUZTCN-UHFFFAOYSA-N trichloro(dodecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl BNCXNUWGWUZTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/04—Compounds of zinc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/08—Treatment with low-molecular-weight non-polymer organic compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035218—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum dots
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/701—Langmuir Blodgett films
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku są nanocząstki pokryte ligandami hydrofitowymi, warstwa - a, korzystnie - monowarstwa takich nanocząstek oraz powierzchnia pokryta taką warstwą. Przygotowane monowarstwy stosuje się m.in. do pokrywania takich materiałów jak szkło, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny (ITO), krzem oraz inne półprzewodniki.
Mianem nanocząstek określa się cząstki pierwiastków oraz związków organicznych, nieorganicznych lub biologicznych, których, umownie, jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm. W nanocząstkach występują zjawiska fizyczne oraz właściwości chemiczne nie charakterne dla substancji mniej rozdrobnionych, np. występowanie optycznego zjawiska powierzchniowego rezonansu plazmonowego (ang. Surface Plasmon Resonance, SPR) dla nanocząstek metali szlachetnych. Ponadto, specyficzną cechą nanocząstek jest zależność ich właściwości fizyczn ych oraz chemicznych od rozmiaru, np. obniżenie temperatury topnienia wraz z zmniejszeniem rozmiaru w przypadku nanocząstek złota. Niektóre właściwości nanocząstek możemy kontrolować sami poprzez pokrywania ich ligandami, które przede wszystkim chronią ich przed agregacją. Dobierając odpowiednie ligandy pozwala w dowolny sposób sterować właściwościami poszczególnych nanocząstek. Wyżej wymienione, specyficzne właściwości materii w skali nano otwierają drogę ku projektowaniu nowych materiałów i urządzeń w oparciu o nanocząstki. Jednym z najbardziej zapotrzebowanych obecnie materiałów to są cienkie filmy, które stosują się w elektronice, źródłach energii odnawialnej, medycynie i wielu innych obszarach życia.
Projektowanie i otrzymanie struktur dwuwymiarowych składających się z lub zawierających nanocząstki metaliczne lub półprzewodnikowe jest obecnie przedmiotem licznych badań [Shipway A.N., Katz E., Willner I. ChemPhysChem., 2000, 1, 18-52]. Monowarstwy złożone z nanocząstek posiadają ogromny potencjał aplikacyjny. Cienkie filmy składające się z monowarstw nanocząstek są obiecującymi materiałami w budowie wyświetlaczy LED, ogniw słonecznych, kondensatorów, powłok refleksyjnych lub antyrefleksyjnych, detektorów biologicznych oraz magnetycznych nośników danych. Zwiększenie funkcjonalności materiałów opartych o monowarstwy składających się z nanocząstek jest kolejnym, ważnym krokiem w rozwoju i komercjalizacji takich urządzeń. Wprowadzenie stałego i ściśle określonego ładunku elektrycznego jest interesującą modyfikacją monowarstw z praktycznego punktu widzenia. Oprócz pełnienia właściwych funkcji, monowarstwy złożone z naładowanych nanocząstek mogą służyć podłożem wykorzystującym zjawiska elektrostatyczne. Prostym przykładem możliwego zastosowania takiej monowarstwy jest skonstruowanie detektora wykorzystującego zjawisko zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego (ang. Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR) lub powierzchniowo wzmocnionego efektu Ramana (ang. Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) do wykrywania obiektów lub związków biologicznych. Obiekty biologiczne często posiadają ładunek i mogą elektrostatycznie być zaadsorbowane na przeciwnie naładowanej monowarstwie nanocząstek.
Obecnie znanych jest kilka metod otrzymywania monowarstw składających się z naładowanych nanocząstek. Metody te wykorzystują zjawisko przyciągania elektrostatycznego różnoimiennie naładowanych powierzchni i nanocząstek. W tym podejściu pokrywana powierzchnia substratu najpierw jest modyfikowana przez związki organiczne posiadające dodatni lub ujemny ładunek. Następnie przeciwnie naładowane nanocząstki adsorbuje się na wcześniej zmodyfikowanej powierzchni.
Przedmiotem zgłoszenia patentowego USA nr US 2008/0102201 A1 „Method for dispersing nanoparticles and methods for producing nanoparticle thin films by using the same” jest metoda pokrywania powierzchni naładowanymi nanocząstkami za pomocą metody „spin-coating”. W tej metodzie stosuje się dodatnio naładowaną powierzchnię substratu oraz ujemnie naładowane nanocząstki palladowe. Generowanie ujemnie naładowanych nanocząstek odbywa się przez zastosowanie roztworu buforowego o pH>7. Otrzymanie pojedynczej warstwy nanocząstek kontroluje się za pomocą zmiany pH i wykorzystując siły kapilarne.
Modyfikacją metody bazującej się na przyciąganiu elektrostatycznym jest wykorzystanie powierzchni pokrytej grupami hydroksylowymi, np. powierzchnia szkła, krzemu lub inne materiały czy powierzchnia wcześniej utleniona.
Przedmiotem zgłoszenia patentowego USA nr US 2009/0098366 A1 „Methods of coating surfaces with nanoparticles and nanoparticle coated surfaces” jest metoda pokrywania powierzchni nanocząstkami o różnoimiennych ładunkach. Pokrywanie przeprowadzano poprzez zanurzenie substratów do specjalnie przygotowanego elektroneutralnego roztworu nanocząstek złota, srebra lub palladu
PL 220 925 B1 o przeciwnych ładunkach. Adsorpcja na powierzchni odbywa się w skutek efektu kooperatywnego przyciągania obu ładunków. Niedawno, metoda została zmodyfikowana, co pozwoliło na otrzymanie gęstego pokrycia powierzchni nanocząstkami o przeciwnym ładunku wykorzystując zmienne pole elektryczne. Jednakże to podejście wymaga specjalnie skonstruowanego sprzętu.
Przedmiotem polskiego zgłoszenia patentowego P-391217, dotychczas nie opublikowanego, pt. „Metoda pokrywania powierzchni nanocząstkami” jest pokrywanie powierzchni hydrofilowych pojedynczą warstwą nanocząstek o ładunku dodatnim. Pokrywanie przeprowadzano poprzez zanurzenie substratów do roztworu nanocząstek pokrytych dodatnio naładowaną warstwą organiczną, oraz soli. Adsorpcja na powierzchni odbywa się w skutek efektu wysalania.
Wadą wszystkich metod bazujących na przyciąganiu elektrostatycznym są trudności w otrzymaniu gęstej pojedynczej warstwy nanocząstek w skutek odpychania się jednoimiennie naładowanych nanocząstek. Wyżej opisane metody ograniczają się tylko do jednego rodzaju nanocząstek. Ponadto, poprzez przyciąganie elektrostatyczne przeciwnie naładowanych nanocząstek lub nanocząstek z naładowaną powierzchnią, często powstała monowarstwa nie posiada ładunku.
Przedmiotem obecnego wynalazku jest dostarczenie jednoimiennie naładowanych nanocząstek o charakterze amfifilowym oraz monowarstwy złożonej z nanocząstek o ustalonym jednoimiennym ładunku powierzchniowym do pokrywania powierzchni.
Zgodnie z wynalazkiem, nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, dodatnio naładowanymi, charakteryzują się tym, że wspomniane ligandy hydrofilowe wybrane są z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1a, 1b lub 1c:
anion, gdzie R1, R2, R3 oznacza H, alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl, aryl, heteroaryl, przy czym R1, R2, R3 mogą być połączone między sobą,
X oznacza S lub Se, n wynosi od 1 do 20, m wynosi od 0 do 2, p wynosi od 0 do 2.
Zgodnie z wynalazkiem, nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, ujemnie naładowanymi, charakteryzują się tym, że wspomniane ligandy hydrofilowe wybrane są z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1a, 1b lub 1c:
2 gdzie Y oznacza COO”, SO3”, SO4”, HPO3”, PO3 lub anion fenoksylowy,
X oznacza S lub Se, n wynosi od 1 do 20, m wynosi od 0 do 2, p wynosi od 0 do 2.
Korzystnie, nanocząstki według wynalazku dodatkowo pokryte są także ligandami hydrofobowymi, wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 2a, 2b lub 2c:
gdzie R oznacza alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl, aryl, heteroaryl, X oznacza S lub Se, n wynosi od 1 do 20, m wynosi od 0 do 2, p wynosi od 0 do 2.
PL 220 925 B1
Najkorzystniej, wspomnianym ligandem hydrofilowym jest chlorek 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowy, TMA, lub sól tetrametyloamoniowa kwasu 11-merkaptoundekanowego, zaś wspomnianym ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol.
Korzystnie, ligandy hydrofilowe stanowią od 0 do 100%, korzystniej od 0 do 20%, a najkorzystniej od 10 do 15% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstki.
Nanocząstki mogą być pokryte tylko ligandem hydrofilowym.
W jednym z korzystnych przykładów realizacji wynalazku, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami metalicznymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Ru, Ni, Cu, Zn i ich stopy.
W innym korzystnym przykładzie realizacji wynalazku, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami półprzewodnikowymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Ge, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, InSb, PbS, InAs, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgTe, GaS, GaP, GaSb, GaN, AIN, AIP, AlAs, AISb, AgS, YBa2Cu3O7 i ich mieszaniny.
W jeszcze innym korzystnym przykładzie realizacji wynalazku, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami dwu- lub wielo-składnikowymi typu jądro-skorupka, (ang. core-shell), z wierzchnią warstwą korzystnie obejmującą CdSe, ZnS, ZnSe.
Korzystnie, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami CdTe/CdSe, CdSe/ZnS lub CdSe/ZnSe.
Korzystnie, wspomniane nanocząstki mają rozmiar od 1 nm do 100 nm.
Wynalazek obejmuje także warstwę nanocząstek według wynalazku, a korzystnie monowarstwa takich nanocząstek oraz powierzchnię pokrytą taką warstwą nanocząstek.
Poniżej przedstawiono korzystne warianty przykładowego sposobu otrzymywania wskazanych wyżej nanocząstek.
Zgodnie z wynalazkiem, naładowane nanocząstki przygotowuje się poprzez pokrywanie ich ligandami hydrofilowymi oraz ewentualnie ligandami hydrofobowymi.
W syntezie stosuje się mieszaninę ligandów z końcową grupą hydrofobową lub hydrofilową w odpowiednim stosunku.
Zawartość ligandu z grupą hydrofilową na powierzchni nanocząstki po reakcji odpowiada zawartości danego ligandu w mieszaninie reakcyjnej.
Zsyntezowane nanocząstki oczyszczane są poprzez rozpuszczanie w mieszaninie MeOH/iPrOH i następnie wytrącanie heksanem.
Do rozpuszczania stosuje się EtOH lub iPrOH.
Do wytrącania stosuje się pentan, heptan, octan, cykloheksan lub heksanową frakcję naftową.
Proces rozpuszczania-wytrącania powtarza się 3-10 razy.
Alternatywnie zanieczyszczenia usuwane z użyciem chloroformu lub chlorku metylenu w myjce ultradźwiękowej.
Poniżej przedstawiono korzystne warianty przykładowego sposobu otrzymywania warstwy wskazanych wyżej nanocząstek.
Tworzenie monowarstwy złożonej z nanocząstek o ustalonym jednoimiennym ładunku powierzchniowym odbywa się na granicy faz woda-powietrze.
Nanocząstki o zawartości ligandu polarnego w zakresie 0-100% tworzą warstwy na granicy faz woda-powietrze o ładunku dodatnim lub ujemnym.
Nanocząstki rozpuszczone w MeOH/DCM nakładane są na powierzchnię wody za pomocą strzykawki.
Zawartość metanolu w mieszaninie rozpuszczalników wynosi 0-80% objętościowych w stosunku do chlorku metylenu.
Stężenie nanocząstek stosowanych do nanoszenia stanowi 0,1-30 μΜ.
Uzyskanie gęstej monowarstwy odbywa się przez jej ściskanie za pomocą techniki Langmuir-Blodgett.
2
Prędkość ściskania wynosi 2-100 cm2/min.
Przenoszenie uzyskanej warstwy odbywa się przez pionowe, w stosunku do monowarstwy, zanurzanie lub wynurzanie substratów.
Korzystnie, w celu lepszego przeniesienia warstwy na powierzchnię, substraty zanurzane są do subfazy wodnej przed nałożeniem roztworu nanocząstek, następnie przy maksymalnie ściśniętej monowarstwie substraty wynurza się pod kątem 0-45°.
Korzystnie pokrywana powierzchnia jest powierzchnią wybraną spośród szkła, ITO, krzemu, arsenku galu lub innych półprzewodników.
PL 220 925 B1
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:
Fig. 1. Przedstawia zmierzone izotermy dla nanocząstek złota naładowanych dodatnio.
Fig. 2. Przedstawia zmierzone izotermy dla nanocząstek srebra naładowanych ujemnie.
Fig. 3. Przedstawia zdjęcia płytki szklanej po przeniesieniu monowarstw dodatnio naładowanych nanocząstek złota (a) oraz ujemnie naładowanych nanocząstek srebra (b).
Fig. 4. Przedstawia zdjęcia SEM monowarstwy dodatnio naładowanych nanocząstek złota na powierzchni krzemu.
Fig. 5. Przedstawia zdjęcia SEM monowarstwy ujemnie naładowanych nanocząstek srebra na powierzchni krzemu.
Fig. 6. Przedstawia zdjęcia SEM monowarstwy dodatnio naładowanych nanocząstek złota o wysokim stopniu polidyspersji na powierzchni krzemu.
Fig. 7. Przedstawia zdjęcie powierzchni hydrofilowej płytki szklanej obustronnie pokrytej przez dodatnio naładowane nanocząstki złota oraz zmierzony kąt zwilżania zgodnie z przykładem 7.
Fig. 8. Przedstawia zdjęcie powierzchni hydrofobowej płytki szklanej obustronnie pokrytej przez dodatnio naładowane nanocząstki złota oraz zmierzony kąt zwilżania zgodnie z przykładem 8.
Materiały i sprzęt
Odczynniki chemiczne kupiono w firmie Sigma-Aldrich, rozpuszczalniki jakości cz.d.a. z firmy
Chempur. We wszystkich eksperymentach używano wody miliporowej 15 ΜΩ. Płytki szklane kupiono z firmy Roth, wafle krzemowe z firmy Cemat Silicon SA. Powierzchnie były cięte do zaplanowanych rozmiarów ręcznie, na miejscu. Pomiary izoterm i nanoszenie wykonywano na wadze produkcji Nima (50 mm x 750 mm x 10). Pomiar potencjału powierzchniowego wykonano przy użyciu Malvern Zetasizer. Zdjęcia pokrytych nanocząstkami powierzchni krzemu wykonano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) Zeiss w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk.
Część eksperymentalna
Krzem i szkło było myte roztworem pirania (mieszaninie stężonego kwasu siarkowego i 30% nadtlenku wodoru w proporcjach 3: 1), następnie przemywano wodą destylowaną i metanolem.
Nanocząstki złota i srebra o średnicach rdzenia metalicznego około 5-8 nm otrzymano zgodnie z procedurą literaturową [Jana N.R., Peng G.X., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 14280-14281]. Otrzymane nanocząstki są pokryte ligandami aminowymi i stabilizowane przez surfaktant.
Dla otrzymania dodatnio naładowanych nanocząstek złota i srebra używano chlorek 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowy (TMA) (ligand hydrofilowy) i handlowo dostępny 1 -undekanotiol (ligand hydrofobowy).
TMA zsyntezowano w trzy etapy z 11-bromo-1-undecenu.
Opis ogólny procedury otrzymania dodatnio naładowanych nanocząstek: Do roztworu nanocząstek (0.04 mmol w przeliczeniu na złoto) dodawano metanol (20 mL). Po wytrąceniu nanocząstek roztwór dekantowano. Otrzymane nanocząstki rozpuszczano w 5 mL chloroformu. Roztwór nanocząstek wstrzykiwano do mieszającego roztworu ligandów tiolowych (0.04 mmol) o zadanej proporcji w chloroformie (5 mL). Po 5 minutach mieszanie przerywano i roztwór pozostawiano na noc. Następnie nanocząstki odwirowywano i oczyszczano metodą rozpuszczania-wytrącania (a) lub przemywaniem chlorkiem metylenu (b):
a) Osad nanocząstek rozpuszczano w metanolu (2 mL), następnie dodawano 2 mL izopropanolu i wytrącano n-heksanem (40-50 mL). Wytrącany osad wirowano (40006000 rpm) i cykl rozpuszczania-wytrącania powtarzano 5-7 razy;
b) Osad nanocząstek przemywano chlorkiem metylenu (30 mL) za pomocą myjki ultradźwiękowej, a następnie wirowano (4000-6000 rpm). Cykl powtarzano 5-7 razy.
Oczyszczone nanocząstki rozpuszczano w metanolu przygotowując 0,02 M (w przeliczeniu na złoto) roztwory.
Dla otrzymania ujemnie naładowanych nanocząstek złota i srebra używano handlowo dostępne 1-undekanotiol (ligand hydrofobowy) i kwas 11-merkaptoundekanowy (ligand hydrofilowy).
Opis ogólny procedury otrzymania ujemnie naładowanych nanocząstek: Syntezowano i oczyszczano według procedury dla dodatnio naładowanych nanocząstek.
Oczyszczony osad nanocząstek sfunkcjonalizowanych ligandami kwasowymi (0,04 mmol w przeliczeniu na złoto) rozpuszczano w 2 mL metanolu, do którego dodawano 25% metanolowy roztwór wodorotlenku tetrametyloamoniowego (0,30 mmol), a następnie wytrącano n-heksanem (50 mL).
PL 220 925 B1
W celu usunięcia nadmiaru zasady nanocząstki przemywano chlorkiem metylenu za pomocą ultradźwięków według wyżej wymienionej metody.
Brak wolnych ligandów oraz innych zanieczyszczeń w zsyntezowanych nanocząstkach stwier1 dzano za pomocą widm 1H NMR w CD3OD. W celu ustalenia stosunku ligandów na powierzchni nanocząstek, zsyntezowane nanocząstki traktowano niewielką ilością jodu w CDCI3, a następnie rejestro1 wano widma 1H NMR.
Opis skrócony techniki Langmuir-Blodgett oraz ξ-potencjału: definicje i sposoby obliczenia ważniejszych parametrów
Waga Langmuira jest to płytka wanienka po brzegi wypełniona czystą wodą (faza nośna). Na powierzchni wody umieszczone są dwie płytki z teflonu lub innego tworzywa, które służą do ściskania błonki utworzonej z cząstek zaadsorbowanych na powierzchni.
Na powierzchnię wody pomiędzy obie płytki nanosi się za pomocą odpowiedniego kroplomierza lub mikrostrzykawki kroplę roztworu substancji powierzchniowo czynnej w lotnym rozpuszczalniku, po wyparowaniu którego tworzy się warstwa monomolekularna.
Warstwy jednocząstkowe można nanosić na powierzchnię ciał stałych. W tym celu zanurza się płytkę ciała stałego w cieczy, na powierzchni której znajduje się monowarstwa amfifilowych cząstek. Następnie przesuwając na powierzchni beleczki ograniczające powierzchnię tworzona jest ściśle upakowana warstwa. Cząsteczki monowarstwy oddziaływujące silnie z powierzchnią są przenoszone na powierzchnię ciała stałego podczas wynurzania lub zanurzania w cieczy.
Najważniejszym wskaźnikiem własności materiałów amfifilowych jest izoterma sprężania tt-A, którą można wykreślić poprzez pomiar napięcia powierzchniowego monowarstwy pokrywającej subfazę, w funkcji powierzchni obszaru dostępnego dla cząstek materiału.
Wanna zaopatrzona jest w platynową płytkę Wilhelmiego, umożliwiającą rejestrowanie zmian napięcia powierzchniowego, która połączona jest z wagą elektroniczną i sprzężona z komputerem.
Potencjał Zeta (ξ to potencjał elektryczny, który istnieje na granicy faz (adsorpcyjnej i dyfuzyjnej) cząstki, która znajduje się w małej odległości od powierzchni. Znając potencjał Zeta można policzyć ładunek efektywny (netto) na powierzchni nanocząstki:
Qe/ = 4:xs^R gdzie: Q - ładunek elektryczny, εΓ - Względna przenikalność elektryczna danego ośrodka, ε0 przenikalność elektryczna próżni, ξ - zeta potencjał, R - promień nanocząstki.
Ładunek teoretyczny na powierzchni nanocząstki:
Q = ne gdzie: n - ilość ligandów naładowanych, e - ładunek elektryczny elementarny.
Korzystne przykłady realizacji wynalazku
Przykład 1 - Izoterma monowarstwy nanocząstek złota o ładunku dodatnim
W eksperymencie stosowano nanocząstki złota o zawartości ligandu TMA około 13%. Nano2 cząstki nakładane na wagę Langmuira (344 cm ) w ilości około 0,8 ąmol (w przeliczeniu na złoto) w roztworze CH2CI2-CH3OH (5:1 v/v) za pomocą strzykawki. Po naniesieniu nanocząstek odczekiwa2 no 5 minut, a następnie ściskano monowarstwę przy prędkości 10 cm2/min (fig. 1). Gwałtowny wzrost napięcia powierzchniowego wskazuje na brak fazy ciekłej w utworzonej monowarstwie. Załamanie na krzywej przy wysokich ciśnieniach wskazuje na tworzenia drugiej warstwy lub agregatów.
Przykład 2 - Izoterma monowarstwy nanocząstek srebra o ładunku ujemnym
W eksperymencie stosowano nanocząstki srebra o zawartości ligandu MUA (który wcześniej 2 został zdeprotonowany) około 15%. Nanocząstki nakładane na wagę Langmuira (344 cm2) w ilości około 1.4 ąmol (w przeliczeniu na srebro) w roztworze CH2CI2-CH3OH (1:1 v/v) za pomocą strzykawki.
Po naniesieniu nanocząstek odczekiwano 5 minut, a następnie ściskano monowarstwę przy prędkości 2 cm2/min (fig. 2). Gwałtowny wzrost napięcia powierzchniowego wskazuje na brak fazy ciekłej w utworzonej monowarstwie. Po przekroczeniu punktu załamania zaobserwowano agregację nanocząstek, która rozpoczynała się na brzegach poruszających się barierek.
Przykład 3 - Pokrywanie szkła
Metodą według wynalazku jest pokrywanie monowarstwą nanocząstek powierzchni szkła poprzez pionowe wynurzanie z roztworu przy stałym, automatycznie regulowanym napięciu powierzchniowym. Przed rozpoczęciem eksperymentu, płytki umieszczano w fazie wodnej za pomocą uchwytu prostopadle do powierzchni wody. Przeniesienia monowarstwy nanocząstek przeprowadzano przy pomocy automatycznego dippera poruszającego się do góry z prędkością 10 mm/min przy napięciu
PL 220 925 B1 powierzchniowym: a) 40 mN/m, nanocząstki złota naładowane dodatnio o zawartości ligandu TMA około 13% (fig. 3a); b) 40 mN/m, nanocząstki srebra naładowane ujemnie o zawartości zdeprotonowanego ligandu TMA około 15% (fig. 3b).
Przykład 4 - Pokrywanie krzemu przez dodatnio naładowaną monowarstwę złożonej z nanocząstek złota
Metodą według wynalazku płytkę krzemową pokrywano zgodnie z przykładem 3. Przeniesienia monowarstwy nanocząstek przeprowadzano pionowo przy pomocy automatycznego dippera z prędkością 10 mm/min przy napięciu powierzchniowym 40 mN/m. Fig. 4 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym.
Przykład 5 - Pokrywanie krzemu przez ujemnie naładowaną monowarstwę złożonej z nanocząstek srebra
Metodą według wynalazku ściśniętą monowarstwę nanocząstek srebra o napięciu 40 mN/m nakładano wynurzając pod kątem około 45° wcześniej zanurzoną płytkę krzemową. Fig. 5 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym.
Przykład 6 - Pokrywanie krzemu przez dodatnio naładowaną monowarstwę złożonej z nanocząstek złota o wysokim stopniu polidyspersji
Nanocząstki otrzymano według procedury literaturowej [Shen C., Hui C., Yang T., Xiao C., Tian
J., Bao L., Chen S., Ding H., Gao H., Chem. Mater., 2008, 20, 6939-6944].
Metodą według wynalazku płytkę krzemową pokrywano zgodnie z przykładem 3. Przeniesienia monowarstwy nanocząstek o zawartości ligandu TMA około 13% przeprowadzano pionowo przy pomocy automatycznego dippera z prędkością 10 mm/min przy napięciu powierzchniowym 42 mN/m. Fig. 6 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym. Przykład pokazuje, że krzem może być pokrywany monowarstwą nanocząstek o wysokim stopniu polidyspersji metodą według wynalazku.
Przykład 7 - Przeniesienie monowarstwy o ładunku dodatnim na wysoko hydrofilową powierzchnię szkła
Metodą według wynalazku jest pokrywanie monowarstwą nanocząstek złota o zawartości liga n du TMA około 13% szkła o hydrofilowej powierzchni poprzez pionowe wynurzanie z roztworu przy stałym, automatycznie regulowanym napięciu powierzchniowym. Najpierw płytkę szklaną trzymano w roztworze izopropanolowym wodorotlenku potasu, następnie przemywano wodą destylowaną i metanolem. Tak przygotowaną płytkę szklaną umieszczano w fazie wodnej za pomocą uchwytu. Przeniesienia monowarstwy nanocząstek przeprowadzano przy pomocy automatycznego dippera ruchem w górę z prędkością 10 mm/min przy napięciu powierzchniowym 40 mN/m. Powierzchnia płytki po naniesieniu nanocząstek wykazała znaczące zmniejszenie hydrofilowości - kąt zwilżania zwiększył się z 17 do 83 stopnia (fig. 7).
Przykład 8 - Przeniesienie monowarstwy o ładunku dodatnim na wysoko hydrofobową powierzchnię szkła
Metodą według wynalazku jest pokrywanie monowarstwą nanocząstek złota o zawartości ligandu TMA około 13% szkła o hydrofobowej powierzchni poprzez pionowe zanurzanie do fazy wodnej przy stałym, automatycznie regulowanym napięciu powierzchniowym. Hydrofobową powierzchnie szkła otrzymywano w reakcji z 1-dodecylotrichlorosilanem. Tak przygotowaną płytkę szklaną umieszczano w fazie wodnej za pomocą uchwytu. Przeniesienia monowarstwy nanocząstek przeprowadzano przy pomocy automatycznego dippera ruchem w dół z prędkością 10 mm/min przy napięciu powierzchniowym 40 mN/m. Powierzchnia płytki po naniesieniu nanocząstek wykazała zmniejszenie hydrofobowości - kąt zwilżania zmniejszył się z 100 do 61 stopnia (fig. 7). Po przeniesieniu powierzchnia stała bardziej hydrofilowa (fig. 7).
Przykład 9 - Wartości ładunku po wytworzeniu monowarstwy
Nanocząstki srebra o zawartości ujemnie naładowanego ligandu (zdeprotonowany kwas 11-merkaptoundekanowy) około 15% w metanolu wykazują potencjał zeta -17,4 mV. Monowarstwę utworzoną z nanocząstek srebra przenoszono na teflonowy substrat, a następnie płukano w metanolu przeprowadzając nanocząstki z filmu do roztworu. Otrzymany roztwór posiada potencjał zeta -17,2 mV.
Nanocząstki złota o zawartości dodatnio naładowanego ligandu (TMA) około 13% w metanolu wykazują potencjał zeta +34,6 mV. Monowarstwę utworzoną z nanocząstek złota przenoszono na teflonowy substrat, a następnie płukano w metanolu przeprowadzając nanocząstki z filmu do roztworu. Otrzymany roztwór posiada potencjał zeta +34,4 mV.
PL 220 925 B1
Otrzymane wyniki wskazują na zachowanie ładunku po utworzeniu monowarstwy i jej przenoszenie na substrat stały.
Przykład 10 - Obliczenie ładunku elektrycznego monowarstwy
Ładunek efektywny na powierzchni nanocząstki srebra o średnicy 5 nm stanowi około -2,4x10-19C, co odpowiada 1,5 ładunku elementarnemu. Ładunek teoretyczny wyliczony na podstawie ilości ligan-19 dów stanowi -88x10-19C (55 ładunków elementarnych). Ładunek efektywny monowarstwy stanowi około -3,6x10-3C /m2.
Ładunek efektywny na powierzchni nanocząstki złota o średnicy 8 nm stanowi około 6,8x10-19C, co odpowiada 4,3 ładunku elementarnemu. Ładunek teoretyczny wyliczony na podstawie ilości ligan-19 dów stanowi 196x10-19C (122 ładunków elementarnych). Ładunek efektywny monowarswy stanowi około +5,0x10-3C/m2.
Niska - obliczona na podstawie potencjału zeta - wartość ładunku efektywnego zmierzona w mieszaninie metanolu w stosunku do całkowitej liczby naładowanych ligandów spowodowana jest następującymi czynnikami: (i) niskim stopniem dysocjacji ligandów nanocząstki w metanolu; oraz (ii) faktem istnienia warstwy Sterna, która ekranuje zdysocjowane ładunki na powierzchni nanocząstki.
Claims (11)
1. Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, dodatnio lub ujemnie naładowanymi, znamienne tym, że wspomniane ligandy hydrofilowe wybrane są z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1a, 1b lub 1c:
2 gdzie Y oznacza COO”, SO3”, SO4”, HPO3, PO3 lub anion fenoksylowy albo Y jest w postaci R1R2R3A+B, gdzie A oznacza N lub P, B oznacza nieorganiczny lub organiczny anion, R1, R2, R3 oznacza H, alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl, aryl, heteroaryl, przy czym R1, R2, R3 mogą być połączone między sobą,
X oznacza S lub Se, n wynosi od 1 do 20, m wynosi od 0 do 2, p wynosi od 0 do 2.
2. Nanocząstki według zastrz. 1, znamienne tym, że dodatkowo pokryte są także ligandami hydrofobowymi, wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 2a, 2b lub 2c:
gdzie R oznacza alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl, aryl, heteroaryl,
X oznacza S lub Se, n wynosi od 1 do 20, m wynosi od 0 do 2, p wynosi od 0 do 2.
3. Nanocząstki według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że wspomnianym ligandem hydrofilowym jest chlorek 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowy, TMA, lub sól tetrametyloamoniowa kwasu 11-merkaptoundekanowego, zaś wspomnianym ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol.
4. Nanocząstki według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienne tym, że ligandy hydrofilowe stanowią od 0 do 100%, korzystniej od 0 do 20%, a najkorzystniej od 10 do 15% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstki.
5. Nanocząstki według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienne tym, że są nanocząstkami metalicznymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Ru, Ni, Cu, Zn i ich stopy.
6. Nanocząstki według zastrz. 1, 2, 3 albo 4, znamienne tym, że są nanocząstkami półprzewodnikowymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Ge, CdS, CdSe, CdTe, InP, InAs, InSb, PbS,
PL 220 925 B1
InAs, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgTe, GaS, GaP, GaSb, GaN, AIN, AIP, AlAs, AISb, AgS, YBa2Cu3O7 i ich mieszaniny.
7. Nanocząstki według zastrz. 1, 2, 3 albo 4, znamienne tym, że są nanocząstkami dwu- lub wielo-składnikowymi typu jądro-skorupka, (ang. core-shell), z wierzchnią warstwą korzystnie obejm u jącą CdSe, ZnS, ZnSe.
8. Nanocząstki według zastrz. 1, 2, 3 albo 4, znamienne tym, że są nanocząstkami CdTe/CdSe,
CdSe/ZnS lub CdSe/ZnSe.
9. Nanocząstki według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienne tym, że mają rozmiar od 1 nm do 100 nm.
10. Warstwa nanocząstek według dowolnego z poprzedzających zastrz., korzystnie monowarstwą takich nanocząstek.
11. Powierzchnia pokryta warstw nanocząstek według zastrz. 10.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL393843A PL220925B1 (pl) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą |
| DE102012100467.6A DE102012100467B4 (de) | 2011-02-03 | 2012-01-20 | Verfahren zur Herstellung einer Monoschicht mit hydrophilen Liganden beschichteten Nanopartikeln und mit dieser Schicht beschichtete Oberfläche |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL393843A PL220925B1 (pl) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL393843A1 PL393843A1 (pl) | 2012-08-13 |
| PL220925B1 true PL220925B1 (pl) | 2016-01-29 |
Family
ID=46547158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL393843A PL220925B1 (pl) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102012100467B4 (pl) |
| PL (1) | PL220925B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012217640B4 (de) | 2012-09-27 | 2020-02-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100943839B1 (ko) * | 2007-10-31 | 2010-02-24 | 한국과학기술연구원 | 불규칙 표면구조의 우선 도입에 의해 고수율의바이오-이미지용 나노입자를 제조하는 방법 |
| US8382858B2 (en) * | 2008-06-25 | 2013-02-26 | University Of Massachusetts | Nanoparticle-textured surfaces and related methods for selective adhesion, sensing and separation |
-
2011
- 2011-02-03 PL PL393843A patent/PL220925B1/pl unknown
-
2012
- 2012-01-20 DE DE102012100467.6A patent/DE102012100467B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102012100467B4 (de) | 2017-05-24 |
| DE102012100467A1 (de) | 2012-08-09 |
| PL393843A1 (pl) | 2012-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Controlled placement of CdSe nanoparticles in diblock copolymer templates by electrophoretic deposition | |
| Fendler | Chemical self-assembly for electronic applications | |
| Sashuk et al. | Close-packed monolayers of charged Janus-type nanoparticles at the air–water interface | |
| EP2663394B1 (fr) | Procede de synthese de particules dissymetriques (particules de janus) par electrochimie bipolaire | |
| CN101733052B (zh) | 一种异质二元不对称微粒的制备方法 | |
| US9595363B2 (en) | Surface chemical modification of nanocrystals | |
| Kashyap et al. | Deposition of thin films by chemical solution-assisted techniques | |
| WO2017080496A1 (zh) | 三维有序多孔微结构制造方法 | |
| WO2012075006A2 (en) | High rate electric field driven nanoelement assembly on an insulated surface | |
| US20080017242A1 (en) | Group iv nanoparticles in an oxide matrix and devices made therefrom | |
| WO2016094384A2 (en) | Nanoelement assembly at a polar-nonpolar solvent interface | |
| JP2011506960A (ja) | 光学的特性を用いたセンサ応用のための基板製造方法およびそれによる基板 | |
| TWI402107B (zh) | 顆粒塗覆方法 | |
| KR101910378B1 (ko) | 플라즈몬 나노입자의 하이드로겔 콜로이드 결정 단층막 표면에 자기회합을 통한 2차원 하이브리드 나노패턴 구조체 | |
| Yoon et al. | Single and Multiple‐Step Dip‐Coating of Colloidal Maghemite (γ‐Fe2O3) Nanoparticles onto Si, Si3N4, and SiO2 Substrates | |
| CN108373610B (zh) | 微纳结构表面构筑纳米涂层的方法及其在减反射上的应用 | |
| PL220925B1 (pl) | Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą | |
| EP2499281B1 (fr) | Depot selectif de nanoparticules | |
| Park et al. | Capsulation of carbon nanotubes on top of colloidally templated and electropolymerized polythiophene arrays | |
| Wang et al. | Thin films of uniform hematite nanoparticles: control of surface hydrophobicity and self-assembly | |
| Gaikar et al. | The Langmuir-Blodgett method for metal oxide nanostructures | |
| CN111732344A (zh) | 一种基于蒸发诱导纳米颗粒液相自组装的方法 | |
| Kůsová et al. | Organically capped silicon nanocrystals | |
| Comparelli et al. | Synthesis and Surface Engineering of Plasmonic Nanoparticles | |
| KR20110111174A (ko) | 콜로이드 입자층의 전사 방법 |