RO135651A2 - Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same - Google Patents
Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RO135651A2 RO135651A2 RO202000631A RO202000631A RO135651A2 RO 135651 A2 RO135651 A2 RO 135651A2 RO 202000631 A RO202000631 A RO 202000631A RO 202000631 A RO202000631 A RO 202000631A RO 135651 A2 RO135651 A2 RO 135651A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- nanoparticles
- hydrophobic properties
- metal nanoparticles
- coated
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
OFICIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl MÂrtCiiSTATE OFFICE FOR INVENTIONS AND MARTS
Cerere de brevet de invenție Nr Λ c2r>^Patent application No. Λ c2r>^
Data denozit ...l X .'.Îl·.Denominated date ...l X .'.Îl·.
Suprafețe acoperite cu nanoparticule metalice cu proprietăți hidrofobe și metodă simplă și curată pentru obținerea acestoraSurfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and a simple and clean method for obtaining them
Angel-Theodor Buruiana, Florinei Sava, Elena Matei, Irina Zgura, Mihai Burdusel, Claudia Mihai, Alin VeleaAngel-Theodor Buruiana, Florinei Sava, Elena Matei, Irina Zgura, Mihai Burdusel, Claudia Mihai, Alin Velea
IntroducereIntroduction
Nanomaterialele metalice cu diferite morfologii au atras o atenție semnificativă în ultima perioadă datorită proprietăților lor, care sunt diferite de cele ale materialelor masive [N. Munkhbaatar et. al. Appl. Sci. Converg. TechnoL 24 (2015)]. Sn se remarcă prin faptul că are un punct de topire scăzut, este abundent și ecologic iar nanoparticulele de Sn pot avea aplicații diverse cum ar fi următoarea generație de baterii litiu-ion [Y. Zou et. al. ACS Nano 5 (2011)] sau în aliaje de lipit pentru interconexiuni metalice [Y. H. Jo et. al. Nanotechnology 22 (2011)].Metallic nanomaterials with different morphologies have attracted significant attention recently due to their properties, which are different from those of bulk materials [N. Munkhbaatar et al. al. Appl. Sci. Converge TechnoL 24 (2015)]. Sn is notable for having a low melting point, being abundant and environmentally friendly, and Sn nanoparticles can have diverse applications such as the next generation of lithium-ion batteries [Y. Zou et al. al. ACS Nano 5 (2011)] or in solder alloys for metallic interconnections [Y. H. Jo et al. al. Nanotechnology 22 (2011)].
Printre metodele de obținere a nanoparticulelor pe bază de metale, unele sunt foarte complicate și includ fie mai multe etape chimice [S. S. Chee et. al. Thin Solid Films 562 (2014)] urmate de tratamente termice, altele sunt mai simple, dar implică totuși reducerea chimică și utilizarea precursorilor metalorganici, a agenților reducători, tensioactivi și a solvenților organici [S. S. Chee, et. al. Electron. Mater. Lett. 8 (2012)] care pot impurifica nanoparticulele. Mai mult decât atât, în unele metode chimice, nanoparticulele sunt obținute într-o dispersie coloidală și sunt necesare etape suplimentare, cum ar fi picurarea și uscarea sau tratarea termică, pentru transferul pe un substrat. Metoda transportului fizic al vaporilor are avantajele unui proces rapid și permite obținerea unor nanostructuri de înaltă calitate, dacă parametrii de depunere sunt reglați în mod optim. Această metodă are și unele limitări cum ar fi dificultatea creșterii cristalelor masive de dimensiuni mari precum și dificultăți în generarea unor germeni de nucleație uniformi necesari pentru a produce pelicule subțiri de înaltă calitate [X. Xue et. al.RSC Adv. 5 (2015)].Among the methods of obtaining metal-based nanoparticles, some are very complicated and include either several chemical steps [S. S. Chee et al. al. Thin Solid Films 562 (2014)] followed by thermal treatments, others are simpler but still involve chemical reduction and the use of organometallic precursors, reducing agents, surfactants and organic solvents [S. S. Chee, et al. al. Electron. Mater. Lett. 8 (2012)] that can contaminate the nanoparticles. Moreover, in some chemical methods, nanoparticles are obtained in a colloidal dispersion and additional steps, such as dripping and drying or heat treatment, are required for transfer to a substrate. The physical vapor transport method has the advantages of a fast process and allows obtaining high-quality nanostructures, if the deposition parameters are optimally adjusted. This method also has some limitations such as the difficulty of growing massive crystals of large size as well as difficulties in generating uniform nucleation seeds necessary to produce high quality thin films [X. Xue et al. al. RSC Adv. 5 (2015)].
Director General INCDFMDirector General INCDFM
Dr. Ionul EnculescuDr. Ionul Enculescu
Umectabilitatea este o caracteristică importantă pentru diverse tehnologii legate de suprafață. Energia liberă a suprafeței, geometria acesteia (care este dată de dimensiunea particulelor care o acoperă și rugozitatea suprafeței), precum și compoziția chimică determină umectabilitatea suprafeței. Suprafețele hidrofobe au aplicații diverse cum ar fi țesăturile cu autocurățare, componente industriale anticorozive, sisteme de lubrifiere și acoperiri anti-îngheț [L. Cao et. al. Langmuir. 25 (2009)].Wettability is an important characteristic for various surface-related technologies. The free energy of the surface, its geometry (which is given by the size of the particles covering it and the roughness of the surface), as well as the chemical composition determine the wettability of the surface. Hydrophobic surfaces have diverse applications such as self-cleaning fabrics, anti-corrosive industrial components, lubrication systems and anti-freeze coatings [L. Cao et al. al. Langmuir. 25 (2009)].
Descriere figuriFigure description
FIG. I ilustrează o suprafață acoperită cu nanoparticule metalice în conformitate cu un exemplu. FIG. 2 ilustrează o suprafață acoperită cu nanoparticule metalice în conformitate cu un alt exemplu. FIG. 3 ilustrează proprietățile hidrofobe ale suprafețelor acoperite cu nanoparticule metalice în conformitate cu cele două exemple.FIG. I illustrates a surface coated with metal nanoparticles in accordance with an example. FIG. 2 illustrates a surface coated with metal nanoparticles according to another example. FIG. 3 illustrates the hydrophobic properties of surfaces coated with metal nanoparticles according to the two examples.
FIG. 4 ilustrează o metodă simplă și curată de depunere a nanoparticulelor metalice pe o suprafață.FIG. 4 illustrates a simple and clean method of depositing metal nanoparticles on a surface.
Director General INCDFMDirector General INCDFM
Descriere invențieInvention description
Așa cum s-a discutat aici, această cerere de brevet revendică suprafețe acoperite cu nanoparticule metalice cu proprietăți hidrofobe și o metodă simplă și curată pentru obținerea acestora.As discussed herein, this patent application claims surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and a simple and clean method for obtaining them.
FIG. 1(A) arată morfologia unei suprafețe hidrofobe acoperită cu nanoparticule metalice în concordanță cu cel puțin un exemplu. Substratul pe care sunt distribuite nanoparticulele poate fi unul rigid cum este sticla, siliciul, safirul, carbura de siliciu, etc. sau poate fi unul flexibil cum sunt foliile de plastic rezistente la temperaturi înalte. Nanoparticulele metalice semisferice pot fi din Sn. Diametrul mediu al acestora poate fi de 280 ± 40 nm (FIG. 1(B)) iar înălțimea lor de până la 140 nm. Densitatea nanoparticulelor pe suprafața hidrofobă poate fi de 4 - 5 nanoparticule pe pm2.FIG. 1(A) shows the morphology of a hydrophobic surface coated with metal nanoparticles in accordance with at least one example. The substrate on which the nanoparticles are distributed can be a rigid one such as glass, silicon, sapphire, silicon carbide, etc. or it can be a flexible one such as plastic foils resistant to high temperatures. Hemispherical metal nanoparticles can be made of Sn. Their average diameter can be 280 ± 40 nm (FIG. 1(B)) and their height up to 140 nm. The density of nanoparticles on the hydrophobic surface can be 4-5 nanoparticles per pm 2 .
FIG. 2(A) arată morfologia unei suprafețe hidrofobe acoperită cu nanoparticule metalice în concordanță cu cel puțin un exemplu. Substratul pe care sunt distribuite nanoparticulele poate fi unul rigid cum este sticla, siliciul, safirul, carbura de siliciu, etc. sau poate fi unul flexibil cum sunt foliile de plastic rezistente la temperaturi înalte. Nanoparticulele metalice semisferice pot fi din Sn. Diametrul mediu al acestora poate fi de 180 ± 20 nm (FIG. 2(B))iar înălțimea lor de până la 90 ± 5 nm. Densitatea nanoparticulelor pe suprafața hidrofobă poate fi de 3 - 4 nanoparticule pe pm2.FIG. 2(A) shows the morphology of a hydrophobic surface coated with metal nanoparticles in accordance with at least one example. The substrate on which the nanoparticles are distributed can be a rigid one such as glass, silicon, sapphire, silicon carbide, etc. or it can be a flexible one such as plastic foils resistant to high temperatures. Hemispherical metal nanoparticles can be made of Sn. Their average diameter can be 180 ± 20 nm (FIG. 2(B)) and their height up to 90 ± 5 nm. The density of nanoparticles on the hydrophobic surface can be 3-4 nanoparticles per pm 2 .
Testarea proprietăților hidrofobe ale suprafețelor acoperite cu nanoparticule metalice din FIG. 1 și FIG 2 se poate face pe baza măsurătorilor de unghi de contact ale unei picături de lichid care stă pe suprafață, așa cum este arătat în FIG. 3. Lichidul poate fi apă, diiodmetan, etc. Dacă acest unghi de contact este mai mic de 90° atunci suprafața este hidrofilă și lichidul udă suprafața, așa cum este cazul substratului neacoperit cu nanoparticule (FIG. 3(A)). Dacă unghiul de contact este mai mare de 90° atunci suprafețele sunt hidrofobe (FIG. 3(B) și FIG. 3(C)) și lichidul nu udă suprafețele. Hidrofobicitatea suprafeței crește astfel prin acoperirea cu nanoparticule metalice cu până la 20%. Această creștere depinde de mărimea nanoparticulelor, de densitatea acestora pe suprafață și de compoziția chimică a acestora.Testing the hydrophobic properties of the metallic nanoparticle-coated surfaces of FIG. 1 and FIG. 2 can be made based on contact angle measurements of a liquid droplet resting on the surface as shown in FIG. 3. The liquid can be water, diiodomethane, etc. If this contact angle is less than 90° then the surface is hydrophilic and the liquid wets the surface, as is the case for the substrate not coated with nanoparticles (FIG. 3(A)). If the contact angle is greater than 90° then the surfaces are hydrophobic (FIG. 3(B) and FIG. 3(C)) and the liquid does not wet the surfaces. The hydrophobicity of the surface thus increases by coating with metal nanoparticles by up to 20%. This increase depends on the size of the nanoparticles, their density on the surface and their chemical composition.
Director General INCDFM Dr. loj^Bhtf^^Director General INCDFM Dr. loj^Bhtf^^
Pentru depunerea nanoparticulelor metalice pe substrat se folosește o metodă de depunere fizică în stare de vapori modificată având configurația experimentală din FIG. 4. Depunerea se face în 3 etape. în prima etapă se introduce într-un cuptor tubular, care poate avea una sau mai multe zone de încălzire, un tub de cuarț care poate avea diametrul de 2,5 cm sau 5 cm. în tubul de cuarț se plasează o bărcuță care poate fi din cuarț sau din alumină în care se află pulberea care urmează să fie descompusă. Bărcuța este lăsată în această etapă în amonte de zona de încălzire, la mică distanță. Pulberea poate fi de SnSe de mare puritate. Un substrat care poate fi rigid sau flexibil este poziționat cu fața în jos pe barca de cuarț, deasupra pulberii la mică distanță. Tot în această etapă are loc purjarea tubului de cuarț cu un debit mare de gaz inert pentru a reduce concentrația de oxigen în tub. Gazul poate fi Ar, N2 sau un amestec de Ar și H2. După purjare, debitul fluxului de gaz se reduce la o valoare care poate fi între 90 și 110 sccm și este menținut constant în timpul încălzirii cuptorului. în etapa a doua, când cuptorul atinge temperatura necesară descompunerii pulberii, care poate fi între 650 °C și 700 °C, pulberea preîncălzită la o temperatură cuprinsă într 400 °C și 500 °C este mutată rapid în centrul zonei de încălzire prin deplasarea tubului de cuarț. Are loc descompunerea pulberii, iar fluxul de gaz transportă vaporii spre substrat. Se așteaptă un timp care poate fi între 10 și 15 minute. în etapa a treia, se mută bărcuța înapoi în poziția inițială pentru a favoriza condensarea vaporilor pe substrat și formarea nanoparticulelor, cuptorul este oprit și se mărește fluxul de gaz prin tubul de cuarț pentru o răcire rapidă. Optimizarea următorilor parametrii: timpul de purjare a tubului, fluxul de gaz, cantitatea de pulbere, timpul de depunere, temperatura cuptorului, temperatura de preîncălzire a pulberii, distanța pulbere-substrat, conduce la formarea de nanoparticule cu diferite diametre și diferite densități pe suprafață care determină hidrofobicitatea suprafeței.For the deposition of metal nanoparticles on the substrate, a modified physical vapor deposition method is used having the experimental configuration in FIG. 4. The submission is made in 3 stages. in the first stage, a quartz tube that can have a diameter of 2.5 cm or 5 cm is inserted into a tubular furnace, which can have one or more heating zones. in the quartz tube is placed a boat that can be made of quartz or alumina in which the powder to be decomposed is located. The boat is left at this stage upstream of the heating zone, a short distance away. The powder can be of high purity SnSe. A substrate that can be rigid or flexible is positioned face down on the quartz boat, a short distance above the powder. Also at this stage, the quartz tube is purged with a large flow of inert gas to reduce the oxygen concentration in the tube. The gas can be Ar, N 2 or a mixture of Ar and H 2 . After purging, the flow rate of the gas stream is reduced to a value that may be between 90 and 110 sccm and is kept constant during furnace heating. in the second stage, when the furnace reaches the temperature necessary to decompose the powder, which can be between 650 °C and 700 °C, the preheated powder at a temperature between 400 °C and 500 °C is quickly moved to the center of the heating zone by moving the tube of quartz. Decomposition of the powder occurs and the gas flow carries the vapors to the substrate. Expect a time that can be between 10 and 15 minutes. in the third step, the boat is moved back to its initial position to favor vapor condensation on the substrate and nanoparticle formation, the furnace is turned off, and the gas flow through the quartz tube is increased for rapid cooling. Optimization of the following parameters: tube purge time, gas flow, powder amount, deposition time, oven temperature, powder preheating temperature, powder-substrate distance, leads to the formation of nanoparticles with different diameters and different densities on the surface which determines the hydrophobicity of the surface.
Metoda este simplă și poate fi utilizată pentru a obține nanoparticule metalice direct pe substrat. Spre deosebire de procedurile de reducere chimică utilizate în mod obișnuit, această metodă este mai curată, deoarece nu sunt folosiți precursori organometalici, agenți reducători, agenți tensioactivi și solvenți organici care pot impurifica particulele.The method is simple and can be used to obtain metal nanoparticles directly on the substrate. Unlike commonly used chemical reduction procedures, this method is cleaner because no organometallic precursors, reducing agents, surfactants, and organic solvents that can contaminate the particles are used.
într-un exemplu, suprafețele acoperite cu nanoparticule din FIG. 1 și FIG. 2 cu proprietăți hidrofobe, obținute prin metoda din FIG. 4, pot fi folosite ca suprafețe rezistente la apă.in one example, the nanoparticle-coated surfaces of FIG. 1 and FIG. 2 with hydrophobic properties, obtained by the method of FIG. 4, can be used as waterproof surfaces.
Director General INCDFMDirector General INCDFM
Dr.Dr.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RO202000631A RO135651A2 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RO202000631A RO135651A2 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RO135651A2 true RO135651A2 (en) | 2022-04-29 |
Family
ID=81344122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RO202000631A RO135651A2 (en) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RO (1) | RO135651A2 (en) |
-
2020
- 2020-10-12 RO RO202000631A patent/RO135651A2/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109629004B (en) | Method for forming atomic-level thin transition metal telluride two-dimensional metal material on dangling bond-free substrate through Van der Waals epitaxy | |
EP3575436B1 (en) | Method for direct patterned growth of atomic layer transition metal dichalcogenides | |
JP2006124834A (en) | ZnO SEED LAYER BY ALD FOR DEPOSITING ZnO NANOSTRUCTURE ON SILICON SUBSTRATE | |
CN111893565B (en) | Method for growing single-layer molybdenum disulfide or molybdenum diselenide by using promoter | |
CN107513698B (en) | A kind of preparation method of cubic silicon carbide silicon coating | |
CN112695381A (en) | Method for rapidly growing ultrathin large-size single crystal transition metal sulfur/selenide | |
CN111285402B (en) | Preparation method of single-layer transition metal sulfide | |
JPH06330326A (en) | Production of thin silica film | |
RO135651A2 (en) | Surfaces coated with metal nanoparticles with hydrophobic properties and simple and clean method for preparing the same | |
Jamshaid et al. | Synthesis and Characterization of BaZrS3 Thin Films via Stacked Layer Methodology: A Comparative Study of BaZrS3 on Zirconium Foil and Silicon Carbide Substrates | |
Li et al. | The selective synthesis of single-crystalline CdS nanobelts and nanowires by thermal evaporation at lower temperature | |
JPH0524988B2 (en) | ||
JP6142562B2 (en) | Super water-repellent material manufacturing method and super water-repellent material | |
Yu et al. | Catalytic synthesis of crystalline SiC nanowires from a Ni/aC/Si sandwich configuration | |
Shimada et al. | Deposition of TiN films on various substrates from alkoxide solution by plasma-enhanced CVD | |
Honda et al. | Low-temperature SiO2 film coatings onto Cu particles using the polygonal barrel-plasma chemical vapor deposition method | |
Singh et al. | ZnO nanorods and nanopolypods synthesized using microwave assisted wet chemical and thermal evaporation method | |
CN115341273A (en) | Preparation of large-size two-dimensional thermoelectric material bismuth telluride single crystal | |
CN113373423B (en) | Method for directly growing graphene film on surface of nonmetallic substrate | |
CN113278949B (en) | Preparation method for single-layer molybdenum selenide sulfide alloy with adjustable components | |
CN110420650B (en) | Preparation method of Bi/BiOBr composite material with core-shell structure | |
CN113549897A (en) | Morphology-controllable single-layer hexagonal boron nitride growth method | |
CN112593205A (en) | Method for preparing large-area single-layer molybdenum disulfide with assistance of ammonia water | |
US11335896B2 (en) | Method for producing yttrium oxide-containing thin film by atomic layer deposition | |
CN111777062A (en) | Double-layer graphene and preparation method thereof |