In-situ-Analyse plasmainduzierter Materialmodifikationen an Nanopartikeln für funktionelle Anwendungen
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war es, ein grundlegendes Verständnis der plasmainduzierten Erzeugung und Modifikation kleiner Nanopartikel (NP) zu erlangen. Da es schwierig ist, NP in einem einzigen plasmabasierten Prozess auf genau definierte Weise zu erzeugen und zu behandeln, wurde ein Ansatz gewählt, der den Prozess in eine externe NP-Erzeugung in Plasmen, die bei höheren Drücken (∼100 Pa) betrieben werden, und anschließende Injektion in ein sekundäres Niederdruckplasma (∼10 Pa) für die NP-Behandlung, wobei dieses letztere Plasma den langfristigen Einschluss der negativ geladenen NP im positiven Plasmapotential ermöglichte. Diese Funktion ermöglichte auch die Echtzeitüberwachung der optischen Eigenschaften der NP während der Behandlung. Das Projekt wurde in zwei Arbeitspakete (AP) aufgeteilt. AP A konzentrierte sich auf die Plasmawechselwirkung mit metallischen NP, die in einer Gasaggregationsquelle erzeugt wurden, einschließlich der Untersuchung der Partikelbildung in dieser Quelle sowie ihrer weiteren Behandlung im zweiten Plasma. AP B untersuchte die Plasmawechselwirkung mit Halbleiter-NP. Das AP A lieferte neue und wichtige Informationen über die Erzeugung von Silber-NP in der Gasaggregationsquelle und hat gezeigt, dass diese NP effektiv in die Niederdruckentladung injiziert und dort modifiziert werden können, wobei ein Wachstum oder ein Ätzen dünner, isolierender Schicht auf ihrer Oberfläche in Echtzeit überwacht werden konnte. Darüber hinaus konnten die modifizierten NP effektiv auf einem Substrat extrahiert werden, um die elektrischen Eigenschaften der gebildeten NP-Schicht zu messen. Schließlich wurden diese Partikel erfolgreich in ein Gerät mit memristivem Verhalten integriert, bei dem der Gerätewiderstand von den zuvor angelegten Spannungen abhing. Memristive Geräte eröffnen eine neue Möglichkeit zum Bau von Geräten, die Datenverarbeitung und -speicherung mit optimiertem Betrieb für neuronale Netzwerke kombinieren. Das AP B konzentrierte sich auf die grundlegenden Fragen der Wechselwirkung von reaktivem Plasma mit NP-Oberfläche. Wir konnten zeigen, dass im Plasma gebildete Sauerstoffspezies (z. B. O-Atome oder OH- Radikale) nicht nur Kohlenwasserstoffpartikel durch die Verbrennung des Kohlenstoffs zu CO- oder CO2-Molekülen ätzen, sondern dass sie auch vom Material absorbiert werden können und zu NP-Wachstum statt Ätzen führen. Darüber hinaus lieferte die Studie mit Wasserstoff- und Deuteriumbeimischung in Plasma mit wasserstoffpassivierten Silizium-NP detaillierte Informationen über die Wechselwirkung gasförmiger reaktiver Wasserstoffspezies (hauptsächlich H-Atome) mit diesen NP. Dieses grundlegende Wissen ist wichtig für das Verständnis, die Simulation und die Optimierung von Plasmen, die mit kohlenstoff- oder siliziumbasierten Materialien interagieren, beispielsweise in der Mikroelektronikindustrie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Controlled composition tuning of alloy nanoparticles in a gas aggregation source monitored by in-situ UV-Vis, 4th German-Czech Workshop on Nanomaterials, Budweis/Czech Republic 2018 – talk
J. Drewes, A. Vahl, O. Polonskyi, T. Strunskus & F. Faupel
-
Controlled composition tuning of alloy nanoparticles in a gas aggregation source monitored by in-situ UV-Vis, Materials Science and Engineering (MSE), Darmstadt/Germany 2018 – poster
J. Drewes, A. Vahl, O. Polonskyi, T. Strunskus & F. Faupel
-
Control of size, crystallinity and structure of Sinanoparticles synthesized in a capacitively coupled low-pressure plasma, DPG spring meeting, Munich, Germany – poster
O. Asnaz, G. Wieck, T. Dankwort & J. Benedikt
-
In-Situ Diagnostic Methods for the Growth and Transport of Nanoparticles in a Gas Aggregation Source, Gaseous Electronics Symposium 3 (GES3), Ljubljana/Slovenia 2020 – talk
J. Drewes, A. Vahl, T. Strunskus, H. Kersten & F. Faupel
-
Enhancing composition control of alloy nanoparticles from gas aggregation source by in operando optical emission spectroscopy. Plasma Processes and Polymers, 18(3).
Drewes, Jonas; Vahl, Alexander; Carstens, Niko; Strunskus, Thomas; Polonskyi, Oleksandr & Faupel, Franz
-
Impact of argon flow and pressure on the trapping behavior of nanoparticles inside a gas aggregation source. Plasma Processes and Polymers, 19(1).
Drewes, Jonas; Ali‐Ogly, Suren; Strunskus, Thomas; Polonskyi, Oleksandr; Biederman, Hynek; Faupel, Franz & Vahl, Alexander
-
In-Situ Diagnostic Methods for the Growth and Transport of Nanoparticles in a Gas Aggregation Source (GAS), 5th German-Czech Workshop on Nanomaterials, Dresden/Germany 2021 (Online) – talk
J. Drewes, A. Vahl, O. Polonskyi, E. Miteva, F. Ziegler, T. Strunskus, H. Kersten & F. Faupel
-
In-Situ Diagnostic Methods for the Growth and Transport of Nanoparticles in a Gas Aggregation Source (GAS), NanoWorkshop 2021, Varese/Italy 2021 – talk
J. Drewes, A. Vahl, O. Polonskyi, E. Miteva, F. Ziegler,T. Strunskus, H. Kersten & F. Faupel
-
Infrared-spectrometric Monitoring of the Growth and Surface Treatment of a-C:H nanoparticles in a low-pressure plasma, 4th Conference “Nanotechnology and Innovation in the Baltic Sea Region”, virtual – talk
O. Asnaz, N. Kohlmann, H. Folger, F. Greiner & J. Benedikt
-
Infrared-spectrometric monitoring of the growth and surface treatment of a-C:H nanoparticles in a low-pressure plasma, DPG SMuK conference, virtual – talk
O. Asnaz, N. Kohlmann, H. Folger, F. Greiner & J. Benedikt
-
Infrared-spectrometric Monitoring of the Growth and Surface Treatment of Nanoparticles in a Low-pressure Plasma, 23rd Symposium on Application of Plasma Processes, virtual – talk
O. Asnaz, F. Greiner & J. Benedikt
-
Growth and treatment of hydrogenated amorphous carbon nanoparticles in a low‐pressure plasma. Plasma Processes and Polymers, 19(4).
Asnaz, Oguz Han; Kohlmann, Niklas; Folger, Hauke; Greiner, Franko & Benedikt, Jan
-
In situ infrared spectroscopy for the analysis of plasma interaction with nanoparticles, 27ter Erfahrungsaustausch Oberflächentechnologie mit Plasma- und Ionenstrahlprozessen, Mühlleithen, Germany – talk
O. Asnaz & J. Benedikt
-
In Situ Laser Light Scattering for Temporally and Locally Resolved Studies on Nanoparticle Trapping in a Gas Aggregation Source. Particle & Particle Systems Characterization, 39(11).
Drewes, Jonas; Rehders, Stefan; Strunskus, Thomas; Kersten, Holger; Faupel, Franz & Vahl, Alexander
-
A novel method for the synthesis of core-shell nanoparticles for functional applications, 24th Symposium on Application of Plasma Processes, Štrbské Pleso, Slovakia – talk
O. Asnaz, J. Drewes, M. Elis, T. Strunskus, F. Greiner, O. Polonskyi, F. Faupel, L. Kienle, A. Vahl & J. Benedikt
-
A novel method for the synthesis of core–shell nanoparticles for functional applications based on long-term confinement in a radio frequency plasma. Nanoscale Advances, 5(4), 1115-1123.
Asnaz, Oguz Han; Drewes, Jonas; Elis, Marie; Strunskus, Thomas; Greiner, Franko; Polonskyi, Oleksandr; Faupel, Franz; Kienle, Lorenz; Vahl, Alexander & Benedikt, Jan
-
Controlled synthesis of core-shell nanoparticles for functional applications, 25th International Symposium on Plasma Chemistry, Kyoto, Japan
O. Asnaz, J. Drewes, M. Elis, F. Greiner, F. Faupel, L. Kienle, A. Vahl & J. Benedikt
-
How to locate nanoparticles: Using in-situ diagnostics to understand growth and trapping dynamics, 11th International workshop on functional nanocomposites, Plön, Germany – talk
J. Drewes, O. Asnaz, O. Polonskyi, S. Rehders, F. Greiner, T. Strunskus, H. Kersten, J. Benedikt, F. Faupel & A. Vahl
