Nowe kierunki kontrolowania syntezy nanomateriałów
W metodach uwalniania leków biomedycznych, układach elektronicznych i przemyśle wytwórczym coraz częściej stosuje się nanocząsteczki o rozmiarach do 100 nm. W większości zastosowań potrzebne są konkretne właściwości fizyczne. Kluczem do uzyskania nanocząsteczek o precyzyjnie dopasowanych właściwościach jest zdolność kontrolowania i dokładnego strojenia ich kształtu i rozmiarów podczas syntezy. Prace finansowanego ze środków UE projektu SNOW CONTROL (Integrated real-time measurement platforms for nanoparticles and nanoparticle thin films) pozwoliły poczynić pierwsze kroki w kierunku pełnej kontroli zwrotnej nad procesami syntezy cienkich warstw nanocząsteczek poprzez zintegrowanie specjalnie opracowanych technik pomiarowych. Badacze skoncentrowali się na technikach dynamicznego rozpraszania światła (DLS) i niskokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (SAXS). Dopełniające się nawzajem techniki SAXS i DLS zoptymalizowano pod kątem wymagań monitorowania nanocząsteczek z wysoką rozdzielczością czasową podczas syntezy. Możliwości oprzyrządowania SAXS zwiększono poprzez zastosowanie źródła promieni rentgenowskich wykorzystującego strumień płynnego metalu. Badacze opracowali też nowatorską, zdalnie sterowaną sondę światłowodową do pomiarów lokalnych metodą DLS. Każdy z nowych przyrządów poddano szczegółowym testom indywidualnym z wykorzystaniem komercyjnych nanocząsteczek złota o znanej wielkości, po czym dokonano jednoczesnych pomiarów metodami DLS i SAXS podczas syntezy nanocząsteczek krzemionki. Pod koniec procesu produkcji, gdy ważna jest stabilność uzyskanego produktu, dokonano pomiarów potencjału zeta, będącego jedną z miar dyspersji. Opracowano też drugą platformę, łączącą laserowy czujnik fluorescencji nanocząsteczek z analizatorem odbiciowej dyfrakcji wysokoenergetycznych elektronów (RHEED). Partnerzy projektu zmodyfikowali zintegrowaną z analizatorem RHEED jednostkę wtrysku cieczy i osadzania z fazy gazowej oraz wbudowany monitor strumienia promieniowania ultrafioletowego. Platformę wykorzystano już z powodzeniem w procesie hodowli cienkich warstw na bazie nanocząsteczek krzemu. Techniki zintegrowanych pomiarów SNOW CONTROL pozwolą wypełnić dotychczasową lukę w monitorowaniu produkcji nanocząsteczek i cienkich warstw nanocząsteczkowych. Monitorowanie procesu syntezy z czasie rzeczywistym umożliwia w razie potrzeby jego korygowanie w celu utrzymywania znormalizowanej i powtarzalnej jakości dla optymalnych wyników w różnorodnych zastosowaniach. Prace projektu prezentuje materiał filmowy.
Słowa kluczowe
Nanocząsteczki, cienkie warstwy, SNOW CONTROL, dynamiczne rozpraszanie światła, niskokątowe rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego
