PL229218B1 - Sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i zastosowanie monowarstwy do pokrywania powierzchni - Google Patents
Sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i zastosowanie monowarstwy do pokrywania powierzchniInfo
- Publication number
- PL229218B1 PL229218B1 PL404256A PL40425613A PL229218B1 PL 229218 B1 PL229218 B1 PL 229218B1 PL 404256 A PL404256 A PL 404256A PL 40425613 A PL40425613 A PL 40425613A PL 229218 B1 PL229218 B1 PL 229218B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nanoparticles
- monolayer
- ligands
- hydrophilic
- hydrophobic
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 239000002356 single layer Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000003446 ligand Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000010410 layer Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Substances C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- -1 11-mercapto-undecanoic acid tetramethylammonium salt Chemical compound 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims abstract description 7
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 6
- CCIDWXHLGNEQSL-UHFFFAOYSA-N undecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCS CCIDWXHLGNEQSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- SLCWLLVFKQHEIN-UHFFFAOYSA-N trimethyl(11-sulfanylundecyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCCCCCCCCCS SLCWLLVFKQHEIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 17
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000392 cycloalkenyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WGLUMOCWFMKWIL-UHFFFAOYSA-N dichloromethane;methanol Chemical compound OC.ClCCl WGLUMOCWFMKWIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N DMF Natural products CC1=CC=C(C)O1 GSNUFIFRDBKVIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000520 N-substituted aminocarbonyl group Chemical group [*]NC(=O)* 0.000 claims description 2
- 150000001449 anionic compounds Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002891 organic anions Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000001074 Langmuir--Blodgett assembly Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 1
- 238000000333 X-ray scattering Methods 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 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
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- ZJULYDCRWUEPTK-UHFFFAOYSA-N dichloromethyl Chemical compound Cl[CH]Cl ZJULYDCRWUEPTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 206010020718 hyperplasia Diseases 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 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
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania monowarstwy z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, drogą kompresji warstwy nanocząstek z użyciem rozpuszczalnika, na granicy faz woda-powietrze, obejmujący naniesienie roztworu nanocząstek pokrytych ligandem na powierzchnię wody albo w głąb fazy wodnej; wykonanie kompresji poprzez dodanie polarnego rozpuszczalnika; w razie potrzeby dodanie dodatkowej porcji polarnego rozpuszczalnika, z wytworzeniem się monowarstwy, którą jest obszar warstwy pokryty regularną (lokalnie heksagonalną) warstwą stanowiącą ponad 90% jej powierzchni. Ewentualnie tę gęsto upakowaną monowarstwę przenosi się na stałą powierzchnię substratu, poprzez zanurzanie i/lub wynurzanie tej powierzchni z wody, pod kątem w zakresie od 0 do 90° względem płaszczyzny tej monowarstwy, z uzyskaniem powierzchni pokrytej tak otrzymaną monowarstwą nanocząstek, przy czym w sposobie tym stosuje się roztwór nanocząstek o stężeniu od 0,1 do 10 mM, w MeOH/DCM lub CHCl3; w ilości od 0,1 do 100 µL/cm2. Ponadto do uzyskania monowarstwy o rzadkim ułożeniu nanocząstek stosuje się od 0,1 do 10 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody, jako rozpuszczalnik polarny najkorzystniej stosuje się THF, zaś stała powierzchnia obejmuje powierzchnię wybraną spośród szkła, tlenku indu domieszkowanego tlenkiem cyny, krzemu i arsenku galu, jako nanocząstki stosuje się nanocząstki metaliczne, albo nanocząstki półprzewodnikowe, albo nanocząstki dwu- lub wielo-składnikowe typu jądro-otoczka z wierzchnią warstwą, o rozmiarze w zakresie od 1 nm do 100 nm, ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol, ligandem hydrofilowym jest chlorek 11-merkapto-undecylotrimetyloamoniowy lub sól tetrametyloamoniowa kwasu 11-merkapto-undekanowego. Wynalazek dotyczy również monowarstwy do pokrywania powierzchni, zwłaszcza półprzewodników, oraz zastosowania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek do pokrywania powierzchni materiałów, zwłaszcza takich jak szkło, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny (ITO), krzem i arsenek galu.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i jej zastosowanie do pokrywania powierzchni. W szczególności filmy zbudowane z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek służą do pokrywania powierzchni 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 obserwowane w przypadku substancji mniej rozdrobnionych, np. optyczny powierzchniowy rezonans plazmonowy (ang. Surface Plasmon Resonance, SPR) dla nanocząstek metali szlachetnych. Ponadto, specyficzną cechą nanocząstek jest silna zależność ich właściwości fizycznych oraz chemicznych od rozmiaru, np. obniżenie temperatury topnienia wraz z zmniejszeniem rozmiaru w przypadku nanocząstek złota. Niektóre właściwości nanocząstek można kontrolować poprzez pokrywania ich odpowiednimi ligandami, które przede wszystkim chronią je również przed agregacją. Dobór odpowiednich ligandów pozwala w dowolny sposób modyfikować właściwości nanocząstek. Wyżej wymienione, specyficzne właściwości materii w nanoskali stwarzają możliwość projektowania nowych materiałów i urządzeń na bazie nanocząstek. Jednym z najbardziej obiecujących materiałów są obecnie cienkie filmy, które znajdują zastosowanie w elektronice, fotowoltaice, medycynie i wielu innych obszarach życia.
Projektowanie i otrzymanie struktur dwuwymiarowych składających się z lub zawierających nanocząstki metaliczne lub półprzewodnikowe jest obecnie przedmiotem intensywnych badań [Shipway A.N., Katz E., Willner I. ChemPhysChem., 2000, 1, 18-52]. Monowarstwy złożone z nanocząstek posiadają ogromny potencjał aplikacyjny. Na przykład, 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. Często niezbędnym warunkiem funkcjonowania takich urządzeń jest gęste ułożenie nanocząstek w filmie. Po pierwsze, odpowiednio gęste upakowanie nanocząstek odpowiada za ogólną efektywność urządzeń zbudowanych na bazie filmów, takich jak np. elektrody w ogniwach. Po drugie, oddziaływania elektromagnetyczne między sąsiednimi nanocząstkami w takim filmie są niezbędnym warunkiem powstania efektów fizycznych (np. plazmonicznych), które są wykorzystywane w nowych materiałach.
Obecnie znanych jest kilka metod otrzymywania monowarstw składających się z nanocząstek. Najprostszą z nich jest metoda polegająca na odparowaniu rozpuszczalnika z roztworu zawierającego nanocząstki. Ten proces cechuje jednak słaba kontrola nad jakością otrzymywanych filmów. W wyniku odparowania często powstają nieregularne filmy, zawierające mono- i poliwarstwy nanocząstek oraz różnego rodzaju defekty. Rozwiązanie tego problemu polega na wykorzystaniu zjawiska odparowania na granicach faz ciekłych, co znacznie poprawia jakość filmów [Wen T., Majetich S.A. ACS Nano, 2011, 5, 8868-8876]. Powszechnie używaną metodą jest również technika Langmuira-Blodgett, która była oryginalnie używana do tworzenia warstw monomolekularnych, a obecnie stosuje się ją do wytwarzania monowarstw nanocząstek [Tao A. R., Huang J., Yang P. Acc. Chem. Res., 2008, 41, 1662-1673].
Przedmiotem polskiego zgłoszenia patentowego P-399797 pt. „Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą” jest synteza nanocząstek pokrytych mieszaną (amfifilową) warstwą ligandów hydrofilowych i hydrofobowych oraz ich wykorzystanie do przygotowania monowarstw.
Pokrywanie nanocząstek złota ligandami hydrofilowymi oraz hydrofobowymi przeprowadzono według procedury opracowanej przez [Sashuk V., Hołyst R., Wojciechowski T., Fiałkowski M. J. Colloid Interface Sci., 2012, 375, 180-186; Sashuk V., Hołyst R., Wojciechowski T., Górecka E., Fiałkowski M. Chem. Eur. J., 2012, 18, 2235-2238; P-399797 Sashuk V., Hołyst R., Fiałkowski M.].
Nanocząstki zsyntezowano poprzez modyfikację powierzchni ligandami hydrofilowymi. Następnie, otrzymane nanocząstki kompresowano w gęste monowarstwy stosując technikę LangmuiraBlodgett. Przygotowane monowarstwy wykorzystano do pokrywania powierzchni różnorodnych materiałów cienką warstwą nanocząstek. Technika Langmuira-Blodgett stanowi dobrze opracowaną metodę wytwarzania monowarstw o dużej powierzchni, jednak wymaga specjalistycznego sprzętu. DodatPL 229 218 Β1 kową wadą tej metody jest obustronne przenoszenie warstwy na substrat stały, co nie zawsze jest pożądane.
Celem obecnego wynalazku jest wytwarzanie monowarstwy z gęsto ułożonych nanocząstek pokrytych ligandem amfifilowym, do pokrywania powierzchni, zwłaszcza półprzewodników.
Zgodnie z obecnym wynalazkiem, sposób otrzymywania monowarstwy z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek złota pokrytych Ugandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, drogą kompresji warstwy nanocząstek poprzez dodanie rozpuszczalnika, znajdującej się na granicy faz woda-powietrze, charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące kroki:
(a) nanosi się roztwór nanocząstek złota o stężeniu w zakresie od 0,1 do 10 mM, korzystniej 4 mM, pokrytych Ugandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, korzystnie Ugandami hydrofobowymi lub Ugandami hydrofilowymi, lub mieszaniną ligandów hydrofobowych i hydrofilowych, na powierzchnię wody albo w głąb fazy wodnej, przy czym jako rozpuszczalnik nanocząstek stosuje się roztwór CHCb lub CH2CI2-CH3OH;
(b) wykonuje się kompresję poprzez dodanie polarnego rozpuszczalnika wybranego z grupy obejmującej metanol, etanol, izopropanol, butanol, pentanol, DMF, DMSO, dioksan, aceton, THF, korzystnie dioksan, aceton lub THF, najkorzystniej THF;
(c) dodaje się dodatkową porcję polarnego rozpuszczalnika i wówczas na granicy faz woda-powietrze tworzy się monowarstwę z gęsto upakowanej (lokalnie heksagonalnej) warstwy nanocząstek pokrytych ligandem, która stanowi obszar warstwy pokryty regularną warstwą stanowiącą ponad 90% jej powierzchni, ewentualnie (d) tę gęsto upakowaną monowarstwę przenosi się na stałą powierzchnię substratu obejmującą powierzchnię wybraną spośród szkła, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny, krzemu i arsenku galu, poprzez zanurzanie i/lub wynurzanie tej powierzchni z wody, pod kątem w zakresie od 0 do 90° względem płaszczyzny tej monowarstwy, z uzyskaniem powierzchni pokrytej tak otrzymaną monowarstwą nanocząstek.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, zawartość metanolu w mieszaninie rozpuszczalników wynosi od 0 do 80% objętościowych w stosunku do chlorku metylenu.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, stosuje się rozpuszczalnik w ilości od 0,1 do 100 pL/cm2, korzystniej od 0,1 do 5 pL/cm2, a najkorzystniej 0,5 pL/cm2.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, do uzyskania monowarstwy o rzadkim ułożeniu nanocząstek stosuje się od 0,1 do 10 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody, korzystniej od 1 do 8 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody, najkorzystniej: 6 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, stosuje się nanocząstki o rozmiarze w zakresie od 1 nm do 100 nm.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, jako Ugandy hydrofilowe stosuje się od 0 do 20%, korzystniej od 10 do 15% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstek amfifilowych.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, Ugandy hydrofobowe stanowią 100% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstek hydrofobowych.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, stosuje się nanocząstki pokryte Ugandami hydrofobowymi wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1a, 1b lub 1c:
la 'U lb
gdzie R oznacza H, 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.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, wspomnianym ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, stosuje się nanocząstki pokryte dodatkowo Ugandami hydrofilowymi wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 2a, 2b lub 2c:
PL 229 218 Β1
η
2a
2b
2c gdzie Y oznacza R3A+B- (A oznacza N lub P, B oznacza nieorganiczny lub organiczny anion), COO-, SO3-, SO4-, HPO3-, PO32-, anion fenoksylowy, OH, (OCH2CH2)nOH, OR, COOR, CONHR, CONR2, C(O)R, C(O)COOR, NH2, NHR, NR2, NHCOR, NHSO2R, gdzie R oznacza H, 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.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku, wspomnianym ligandem hydrofilowym jest chlorek 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowy lub sól tetrametyloamoniowa kwasu 11-merkaptoundekanowego, zaś ligandem hydrofobowym jest 1-undekano-tiol.
Wynalazek ten ponadto obejmuje monowarstwę do pokrywania powierzchni, zwłaszcza półprzewodników, charakteryzującą się tym, że stanowi ją monowarstwa z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandem, otrzymana sposobem opisanym powyżej.
Wynalazek ten również obejmuje zastosowanie monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek stanowiącej monowarstwy, jak określono wyżej, do pokrywania powierzchni materiałów, zwłaszcza takich jak szkło, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny, krzem, arsenek galu i inne półprzewodniki.
Korzystne przykłady realizacji wynalazku
Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonego rysunku, na którym:
Fig. 1 Przedstawia zdjęcia monowarstwy hydrofilowych nanocząstek złota na granicy faz powietrze-woda przed i po ściśnięciu.
Fig. 2 Przedstawia zdjęcie płytki szklanej jednostronnie pokrytej przez monowarstwę hydrofilowych nanocząstek złota.
Fig. 3 Przedstawia zdjęcia SEM ściśniętej monowarstwy hydrofilowych nanocząstek na powierzchni krzemu.
Fig. 4 Przedstawia zdjęcia SEM ściśniętej monowarstwy hydrofobowych nanocząstek na powierzchni krzemu.
Fig. 5 Przedstawia widmo in situ oraz dwuwymiarowy obraz SAXS ściśniętej na granicy faz powietrze-woda monowarstwy hydrofilowych nanocząstek.
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. Zdjęcia pokrytej nanocząstkami powierzchni krzemu wykonano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) Zeiss w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk. Pomiary SAXS przeprowadzono na dyfraktometrze Nanostar z detektorem Vantec 2000 na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego.
Część eksperymentalna
Krzem i szkło było myte roztworem pirania (w mieszaninie stężonego kwasu siarkowego i 30% nadtlenku wodoru w proporcjach 3:1), następnie przemywano wodą destylowaną i metanolem.
W poniższych przykładach wykonania stosuje się nanocząstki złota o średnicach rdzenia metalicznego, około 8 nm, które są pokryte ligandami aminowymi i stabilizowane przez surfaktant, i które można otrzymać zgodnie z procedurą literaturową opisaną w Jana N.R., Peng G.X., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 14280-14281.
Przykład 1- Ściśnięcie nanocząstek w gęstą warstwę na granicy faz powietrze-woda
W eksperymencie stosowano amfifilowe nanocząstki złota o zawartości ligandu, chlorku 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowego (TMA) około 10%. Nanocząstki te były nakładane na powierzchnie wody (20 cm2) w szklanej zlewce w ilości około 0.4 pmol (w przeliczeniu na złoto) w rozPL 229 218 B1 tworze CH2CI2-CH3OH (5:1 v/v) za pomocą strzykawki. Po naniesieniu nanocząstek odczekiwano 5 minut, a następnie na powierzchnię wody delikatnie dodawano THF (10 pL) za pomocą strzykawki Hamiltona. Dodatek rozpuszczalnika natychmiast prowadzi do ściśnięcia monowarstwy nanocząstek w gęsty film. O ściśnięciu filmu świadczy zmiana koloru monowarstwy z lekko różowej na purpurową. Zmiana koloru jest spowodowana odziaływaniami nanocząstek, leżących blisko siebie w monowarstwie.
P r z y k ł a d 2 - Pokrywanie szkła przez monowarstwę złożoną z amfifilowych nanocząstek złota
Monowarstwę nanocząstek uzyskano zgodnie z przykładem 1. Zgodnie z wynalazkiem prowadzono jednostronne pokrywanie monowarstwą nanocząstek powierzchni szkła poprzez ręczne w ynurzanie płytki szklanej z roztworu pod kątem ostrym do płaszczyzny granicy faz (monowarstwy). Zdjęcie płytki szklanej pokrytej monowarstwą hydrofilowych nanocząstek złota przedstawiono na Fig. 2.
P r z y k ł a d 3 - Pokrywanie krzemu przez monowarstwę złożoną z amfifilowych nanocząstek złota
Monowarstwę nanocząstek uzyskano zgodnie z przykładem 1. Zgodnie z wynalazkiem płytkę krzemową pokrywano tak jak to opisano w przykładzie 2. Przeniesienie monowarstwy nanocząstek przeprowadzano pod kątem 20°. Fig. 3 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym.
P r z y k ł a d 4 - Pokrywanie krzemu przez monowarstwę złożoną z hydrofobowych nanocząstek złota
W eksperymencie stosowano hydrofobowe nanocząstki złota pokryte undekanotiolem. Nanocząstki nakładano na powierzchnię wody (20 cm2) w szklanej zlewce w ilości około 0.4 pmol (w przeliczeniu na złoto) w roztworze chloroformu za pomocą strzykawki. Po naniesieniu nanocząstek odczekiwano 5 minut, a następnie delikatnie dodawano THF (10 pL) na powierzchnię wody za pomocą strzykawki Hamiltona. Następnie, sposobem według wynalazku płytkę krzemową pokrywano tak jak to opisano w przykładzie 2. Przeniesienie monowarstwy nanocząstek przeprowadzano pod kątem 20°. Fig. 4 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym.
P r z y k ł a d 5 - Ułożenie nanocząstek na granicy faz powietrze-woda po ściśnięciu tetrahydrofuranem
Monowarstwę nanocząstek uzyskano zgodnie z przykładem 1. Fig. 5 przedstawia obraz dyfrakcyjny oraz odpowiedne widmo, otrzymane in situ ze ściśniętej monowarstwy nanocząstek, znajdującej się na granicy faz powietrze-woda. Pomiar wykonano stosując metodę nisko kątowego rozpraszania promieni rentgenowskich (SAXS). Odległość pomiędzy nanocząstkami, otrzymana z eksperymentu, wynosi 110 A, co odpowiada gęstemu upakowaniu nanocząstek w monowarstwie.
Z „gęstą warstwą” mamy do czynienia gdy obszar pokryty regularną (heksagonalną) warstwą stanowi ponad 90% powierzchni substratu. Takie pokrycie pokazane jest na Fig. 3 i Fig. 4 zrobionymi
Claims (13)
1. Sposób otrzymywania monowarstwy z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek złota pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, drogą kompresji warstwy nanocząstek poprzez dodanie rozpuszczalnika, znajdującej się na granicy faz woda-powietrze, znamienny tym, że obejmuje następujące kroki:
(a) nanosi się roztwór nanocząstek złota o stężeniu w zakresie od 0,1 do 10 mM, korzystniej 4 mM, pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, korzystnie ligandami hydrofobowymi lub ligandami hydrofilowymi, lub mieszaniną ligandów hydrofobowych i hydrofilowych, na powierzchnię wody albo w głąb fazy wodnej, przy czym jako rozpuszczalnik nanocząstek stosuje się roztwór CHCI3 lub CH2CI2-CH3OH;
(b) wykonuje się kompresję poprzez dodanie polarnego rozpuszczalnika wybranego z grupy obejmującej metanol, etanol, izopropanol, butanol, pentanol, DMF, DMSO, dioksan, aceton, THF, korzystnie dioksan, aceton lub THF, najkorzystniej THF;
PL 229 218 Β1 (c) dodaje się dodatkową porcję polarnego rozpuszczalnika i wówczas na granicy faz wodapowietrze tworzy się monowarstwę z gęsto upakowanej (lokalnie heksagonalnej) warstwy nanocząstek pokrytych ligandem, która stanowi obszar warstwy pokryty regularną warstwą stanowiącą ponad 90% jej powierzchni, ewentualnie (d) tę gęsto upakowaną monowarstwą przenosi się na stałą powierzchnię substratu obejmującą powierzchnię wybraną spośród szkła, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny, krzemu i arsenku galu, poprzez zanurzanie i/lub wynurzanie tej powierzchni z wody, pod kątem w zakresie od 0 do 90° względem płaszczyzny tej monowarstwy, z uzyskaniem powierzchni pokrytej tak otrzymaną monowarstwą nanocząstek.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość metanolu w mieszaninie rozpuszczalników wynosi od 0 do 80% objętościowych w stosunku do chlorku metylenu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się rozpuszczalnik w ilości od
0,1 do 100 pL/cm2, korzystniej od 0,1 do 5 pL/cm2, a najkorzystniej 0,5 pL/cm2.
4. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że do uzyskania monowarstwy o rzadkim ułożeniu nanocząstek stosuje się od 0,1 do 10 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody, korzystniej od 1 do 8 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody, najkorzystniej: 6 nmol nanocząstek na cm2 powierzchni wody.
5. Sposób według któregokolwiek z powyższych zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że stosuje się nanocząstki o rozmiarze w zakresie od 1 nm do 100 nm.
6. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że jako Ugandy hydrofilowe stosuje się od 0 do 20%, korzystniej od 10 do 15% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstek amfifilowych.
7. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że Ugandy hydrofobowe stanowią 100% wszystkich ligandów na powierzchni nanocząstek hydrofobowych.
8. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że stosuje się nanocząstki pokryte Ugandami hydrofobowymi wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1a, 1b lub 1c:
la lb gdzie R oznacza H, 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.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wspomnianym ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol.
10. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że stosuje się nanocząstki pokryte dodatkowo Ugandami hydrofilowymi wybranymi z grupy obejmującej związki zadane wzorem 2a, 2b lub 2c:
ΗΧ-Ήύ
2a gdzie Y oznacza R3A+B- (A oznacza N lub P, B oznacza nieorganiczny lub organiczny anion), COO-, SO3·, SO4·, HPO3-, PO32·, anion fenoksylowy, OH, (OCH2CH2)nOH, OR, COOR, CONHR, CONR2, C(O)R, C(O)COOR, NH2, NHR, NR2, NHCOR, NHSO2R, gdzie R oznacza H, 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.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomnianym ligandem hydrofilowym jest chlorek 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowy lub sól tetrametyloamoniowa kwasu 11-merkaptoundekanowego, zaś ligandem hydrofobowym jest 1-undekanotiol.
PL 229 218 Β1
12. Monowarstwa do pokrywania powierzchni, zwłaszcza półprzewodników, znamienna tym, że stanowi ją monowarstwa z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandem, otrzymana sposobem opisanym w którymkolwiek z zastrz. od 1 do 11.
13. Zastosowanie monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek (monowarstwy), określonej w zastrz. 12, do pokrywania powierzchni materiałów, zwłaszcza takich jak szkło, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny, krzem, arsenek galu i inne półprzewodniki.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404256A PL229218B1 (pl) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i zastosowanie monowarstwy do pokrywania powierzchni |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404256A PL229218B1 (pl) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i zastosowanie monowarstwy do pokrywania powierzchni |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL404256A1 PL404256A1 (pl) | 2014-12-22 |
| PL229218B1 true PL229218B1 (pl) | 2018-06-29 |
Family
ID=52106811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL404256A PL229218B1 (pl) | 2013-06-10 | 2013-06-10 | Sposób otrzymywania monowarstwy zbudowanej z gęsto upakowanej warstwy nanocząstek pokrytych ligandami hydrofilowymi i hydrofobowymi, monowarstwa i zastosowanie monowarstwy do pokrywania powierzchni |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229218B1 (pl) |
-
2013
- 2013-06-10 PL PL404256A patent/PL229218B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL404256A1 (pl) | 2014-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Elias et al. | Electrochemical growth of ZnO nanowires on atomic layer deposition coated polystyrene sphere templates | |
| Hanrath et al. | Structure/processing relationships of highly ordered lead salt nanocrystal superlattices | |
| Zhang et al. | Fabrication of large‐area two‐dimensional colloidal crystals | |
| Zhang et al. | Langmuir films and uniform, large area, transparent coatings of chemically exfoliated MoS 2 single layers | |
| CA3027132C (en) | Method and apparatus for producing large-area monolayer films of solution dispersed nanomaterials | |
| Boles et al. | The surface science of nanocrystals | |
| CN102770218B (zh) | 将组织化粒子层沉积于基片上的方法 | |
| Li et al. | The corrosion inhibition of the self-assembled Au, and Ag nanoparticles films on the surface of copper | |
| Guo et al. | Fabrication of functional superhydrophobic engineering materials via an extremely rapid and simple route | |
| US20150194242A1 (en) | Electrostatic Coating with Metallic Nanoparticles by Intrinsic Particle to Surface Interaction | |
| Faustini et al. | Self-assembled inorganic nanopatterns (INPs) made by sol-gel dip-coating: Applications in nanotechnology and nanofabrication | |
| TW200530123A (en) | Self assembled organic nanocrystal superlattices | |
| Aynehband et al. | Self-assembly, stability, and photoresponse of PbS quantum dot films capped with mixed halide perovskite ligands | |
| Chitu et al. | Modified Langmuir-Blodgett deposition of nanoparticles-measurement of 2D to 3D ordered arrays | |
| Crivoi et al. | Evaporation-induced formation of fractal-like structures from nanofluids | |
| US8821957B2 (en) | Method for depositing a nanometric thin film on a substrate | |
| US11085114B2 (en) | Electrostatic coating of metal thin layers with adjustable film properties | |
| Chokprasombat et al. | Liquid–air interface self-assembly: A facile method to fabricate long-range nanoparticle monolayers | |
| Das et al. | Diffusion mediated agglomeration of CdS nanoparticles via Langmuir–Blodgett technique | |
| Li et al. | New one step self-assembly strategy of large-area highly ordered, crack-free 2D inverse opal films of transition metal oxides and its application to fabrication of bilayer inverse opal films | |
| Minh et al. | Close-packed monolayer self-assembly of silica nanospheres assisted by infrared irradiation | |
| McLachlan et al. | Template directed synthesis of nanostructured phthalocyanine thin films | |
| Mispelon et al. | Effects of added thiol ligand structure on aggregation of non-aqueous ZnO dispersions and morphology of spin-coated films | |
| PL220925B1 (pl) | Nanocząstki pokryte ligandami hydrofilowymi, warstwa takich nanocząstek i powierzchnia pokryta taką warstwą | |
| Boarino et al. | Fabrication of ordered silicon nanopillars and nanowires by self‐assembly and metal‐assisted etching |