Energy induced nanoparticle substrate interactions
Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war, die generellen Auswirkungen des chemischen und physikalischen Energieeintrages auf die Wechselwirkung zwischen metallischen Nanopartikeln und Si-basierten Substratmaterialien zu identifizieren, um ein tiefes Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse zu erhalten. Hierfür wurden metallische Nanopartikelmuster auf Si-basierten Substraten mittels z.T. neuer bottomup Verfahren hergestellt. Anschließend wurden die Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln und Substraten induziert durch drei verschiedene Arten von Energien (Ionenbestrahlung, Temperatur und chemischen Ätzen) experimentell untersucht. Durch Ionenbestrahlung von kugelförmigen Silbernanopartikel auf Si-Substraten konnten stäbchenförmiger Partikel erzeugt werden, bei denen es sich wahrscheinlich um hexagonale (hcp) Ag2Ga-Kristalle handelt. In weiteren Ionenstrahlexperimenten wurde dann die Formabhängigkeit sowie der Einfluss der Kristallinität von Silbernanowürfeln auf die Nanopartikel-Substrat Interaktionen analysiert. Es wurde eine starke Morphologieänderung und ein Einsinken der Nanopartikel in das Substrat beobachtet. Die Dynamik der Morphologieänderung konnte mit TRI3DYN als Funktion der Ionenfluenz simuliert werden. Für Bestrahlungen in zufälligen Richtungen wurde eine vollständige Übereinstimmung mit den experimentellen Daten erzielt; wohingegen deutliche Abweichungen bei Bestrahlungen in Kanalisierungsrichtungen festgestellt werden konnten. Das Einsinken der Partikel konnte auf eine Amorphisierung des Substrates bei Ionenbestrahlung zurückgeführt werden. Der Feststoff kann in dieser dynamischen Situation als Newton`sche Flüssigkeit mit einer bestimmten Viskosität betrachtet werden. In diesem Fall führen dann Kapillarkräfte zum Absinken des Nanopartikels in das Substrat, und unsere Daten können durch ein entsprechendes Modell sehr gut beschrieben werden. Ähnliche Beobachtungen und Erklärungen wurden für die Wechselwirkung metallischer Nanopartikel auf amorphen SiO2-Substraten, die bei hohen Temperaturen von mindestens 900 °C behandelt werden, publiziert. Der thermische Energieeintrag wurde in den im Rahmen des Projektes durchgeführten Untersuchungen deutlich geringer gewählt (Temperaturen zwischen 475 und 800 °C). Auch hier wurde ein Einsinken der Nanopartikel in das Substrat beobachtet, das wahrscheinlich mit dem Aluminiumgehalt in den untersuchten Substraten und der Stärke der Viskositätsänderung der Gläser mit der Temperatur zusammenhängt. Insgesamt bewerten wir dieses Projekt als sehr erfolgreich, da einerseits eine Vielzahl an Personen im Rahmen ihrer jeweiligen Abschlussarbeiten davon profitieren konnten. Andererseits konnten grundlegende Erkenntnisse zu Energie induzierten Nanopartikel-Substrat Interaktionen gewonnen werden, die Anstöße für weitere Forschungsarbeiten liefern. Letzteres wurde nicht nur durch Veröffentlichungen erreicht, sondern auch durch mehrere eingeladenen Vorträge erzielt.
Publications
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The disappearance and return of nanoparticles upon low energy ion irradiation. Nanotechnology, 33(3), 035703.
Choupanian, Shiva; Nagel, Alessandro; Möller, Wolfhard; Pacholski, Claudia & Ronning, Carsten
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Low-energy ion channeling in nanocubes. Nano Research, 16(1), 1522-1526.
Choupanian, Shiva; Möller, Wolfhard; Seyring, Martin & Ronning, Carsten
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Ion Irradiation‐Induced Sinking of Ag Nanocubes into Substrates. Advanced Materials Interfaces, 11(1).
Choupanian, Shiva; Möller, Wolfhard; Seyring, Martin; Pacholski, Claudia; Wendler, Elke; Undisz, Andreas & Ronning, Carsten
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Poly‐N‐isopropylacrylamide Colloidal Arrays as Templates for Droplet‐Assisted Fabrication of Plasmonic Nanostructure Patterns. Advanced Materials Technologies, 8(8).
Balderas‐Valadez, Ruth Fabiola; Nagel, Alessandro; Kanehira, Yuya; Bald, Ilko & Pacholski, Claudia
