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NCN1 Flashcards

1
Q

Top Down nanomaterials’ synthesis

A

eg: tecnicas de milling e litografia

1-Material de bulk
2-Processo mecanico
3-Processo termal
4-Processo otico
5-Sputtering
6-etching quimico
7-Nanoparticulas

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2
Q

Bottom up nanomaterials’ synthesis

A

sintese de fase gasosa ou liquida
1-Atomos ou moleculas´
2-Condensação
3-Bio redução
4-reação quimica ou eletroquimica
5-Sol-gel
6-Deposição de vapor
7-Nanoparticulas

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3
Q

Nanostructure synthesis: important considerations

A

-Dimensão e distribuição das nanoestruturas
-Compatibilidade com o processo(quimica ou temperatura)
-Densidade de defeitos
-Estrutura das interfacese perfis
-especificidade e força das interações com outras estruturas ou substrato
-Alinhamento
-Posição e orientação

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4
Q

vapor-liquid-solid growth
Etapas

A

-Preparação de uma gota de uma liga no substrato em que vai crescer o fio
-Intrudução da substancia a crescer sob forma de vapor que é adsorvida pela gota e difunde
-Supersaturação e nucleação na interface liquido /solido que leva ao crescimento axial da estrutura

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5
Q

vapor-liquid-solid growth
caracteristicas

A

-Excelente estrutura cristalina mas temperatura altas
-Metodo tipo CVD

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6
Q

Vapor-phase methods for nanostructure synthesis: vapor-liquid-solid growth
controlo dimensões

A

-Comprimento dos NW: duração do fluxo de percursor
-Diametro dos NW: tamanho do catalizador de Au

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7
Q

Vapor-phase methods for nanostructure synthesis: thermal evaporation

A

-Tubo em que é injetado Argon
-Passa pela furnaça
-O argon passa pela fonte do material (zinco e.g)
-Vai parar ao substrato de silicio
-Argon sai pelo outro lado
-Dá para fazer nanobelts, nanowires e nanorods dependendo da zona da fornaça

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8
Q

microwave heating

A

-MO é uma forma de radiação eletromagnetica com CO de 1m a 1 mm e a frequências dos 300MHz e 300GHz
-Apenas a rotação molecular é afetada e não a estrutura.
-Campo eletrico transfere a energia como calor para a substancia.
-Interações com o campo magnetico não ocorrem em sintese química.
-A rotação do dipolo e condução ionica são dois mecanismos fundamentais para transferencia de energia

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9
Q

Vantagens aquecimento por microondas

A

-MO ligam-se diretamente com as moleculas levando a um aumento rápido na temperatura.

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10
Q

-Microwave allows for:

A

-Aquecimento seletivo
-Taxas de aquecimento elevadas
-Tempo de reação curto
-Melhor reproducibilidade

Com controlo sobre:
-Temperatura
-Pressão
-Potência
-Tempo
-movimento para aquecimento uniforme
-Monitorização

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11
Q

Nanoestruturas de oxido de zinco por sintese solvotermal assistida por microondas

A

-Diferente solventes geram diferentes estruturas cristalinas
sheeee

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12
Q

Multicomponent oxides: zinc-tin oxide (ZTO)

A

-Zn2SnO4 e ZnSnO3 têm os mesmos catios mas props diferentes -> Mudando certos parametros….

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13
Q

Parametros que afetam as nanoestruturas de ZnSn

A

-Zn:Sn ratio
-Zn and Sn precursors
-H2O:EDA volume ratio
-NaOH concentration
-Reaction mixture volume
-temperature
-synthesis duration

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14
Q

Alternative synthesis for ZnSnO3 NWs – conversion from ZnO

A

-Começando com ZnO é possível obter nanotubos ou nanorods adicionando K2SnO3 e ureia(adicionando mais ou menos ureia respetivamente)

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15
Q

ZnSnO3 NWs em nanogeradores

A
  • Os NW de ZnSnO3 têm efeito piezoeletroco e podem ser usados em nanogeradores.
    -Aplicando uma força mecânica externa verifica-se um aumento na output voltage.
    -A performance pode ser melhorada com o controlo da densidade dos nanofios e do seu alinhamento
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16
Q

ZnSnO3 NWs in nanogenerators- fabrication

A

-nanocones são “escavados” num molde acrilico
-Mistura de PDMS com nanoW de ZnSnO3
-Vai para o molde com uma camada de PET+ITO
-É depois curado e removido do molde de acrilico

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17
Q

Caracteristicas desejaveis em processos self assembly molecular/atomico

A
  1. Ocorre rapidamente
  2. Ocorre automaticamente e não requer controlo central
  3. exibe reproducibilidade
  4. pode ser feito sob condiçoes ambientais razoaveis
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18
Q

Requirements of self-assembly:

A

-Deve haver um mecanismo que cause o movimento das entidades causando a sua aproximação (difusão, convecção campos eletricos)
- Deve haver reconhecimento molecular entre as entidades
-O reconhecimento molecular deve levar a que estas se juntem de tal forma a alcançar um estado de energia minima

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19
Q

Categories for self-assembly

A

-Chemical
-Physical
-Colloidal

20
Q

Categories for self assembly:Chemical

A

-Envolve ordenamento a nível molecular.
-As moleculas sao ordenadas formando novas estruturas cristalinas por ligações não covalentes
-Fácil de preparar
-Ordenamento molecular robusto sob várias condições de uso
-Estavel termodinamicamente, tende a rejeitar defeitos

21
Q

Categories for self assembly:Physical

A

-Ordenamento dos atomos por processo PVD
- Envolve a reorganização dos atomos à superficie do substrato para formar filmes finos e com poucos defeitos

22
Q

Categories for self assembly: Colloidal

A

-Self assembly de particulas ou esferas com micrometros ou nanometros de diametro numa suspensão
- A essas dimensões as particulas nao s ecomportam como uma material em bulk nem como atomos individuais

23
Q

Forces in self-assembly processes

A

-Maior parte dos processos de self assembly sao fenómenos 2D que envolvem forças de ligações não covalentes numa superficie
- Esferas de poliestireno em suspensão num líquido formam uma agregação 2D de espessura igual ao diametro da particula
- O ordenamento das esferas é causado devido à tensão superficial,forças de capilaridade e forças de suspensão entre o liquido e duas esferas puxando-as mais proximo.
- Parametros chave: Processo de secagem e concentração

24
Q

Forces in self-assembly processes: colloidal PS spheres

A

-Concentração demasiado baixa: leva a defeitos na estrutura cristalina
-Concentração elevada: formação de multicamadas locais

slaaay

25
Q

Applications of colloidal PS spheres: colloidal lithography

A

-Eletrodos transparentes
-Superficies auto limpantes
-Estudo de celulas biologicas
-Emprisionamento de luz

26
Q

Self-assembled monolayers

A

SAM’s sao moleculas ordenadas formadas pela adsorção de um sufactante ativo numa superficie solida
-Formam-se pela imersão do substrato numa solução contendo um ligante que é reativo com a superficie.

-Self assembly a nivel molecular requer atração mutua entre moleculas.
-Apenas possivel se afinidade quimica existe.
-Formação de SAM´s é mais eficiente se ocorrer por reconhecimento molecular
-A ordem é produzida por um processo quimico espontaneo de sintese à interface à medida que o sistema caminha para o equlibrio

27
Q

Substrate materials for SAMs

A

Au, Ag, Cu
-Não deve formar oxido à superficie que interfira com o processo de layering

28
Q

Layering materials for SAMs

A

-Tiois sulfitos e disulfitos
-Deve ser capaz de ser adsorvido pela superficie do substrato

29
Q

Major applications of SAMS

A

-Mascara de etching ou resist ultra fino
-Modificação de propriedades de superficies

30
Q

Anatomy of a SAM

A

-Cabeça: afinidade com o substrato para induzir reações de adsorção, ligação muito energetica

-Cauda: estrutura compacta causada por interações de van der waals

-Fim ou grupo funcional: define as propriedades da monocamada(hidrofobico ou filico afinidade de ancorar com entidades biologicas)

31
Q

Guided self-assembly

A

-Puro self assembly apenas permite filmes finos
-O processo tem de ser acompanhado por processos top-down para ter estruturas 2D ou 3D
- As estruturas Top-down dão um “template” com um padrao desejado. as SAMS ficam assim confinadas a esses eespaços.
* Patterns can be topographical structures (creation of physical boundaries to prevent self-assembly from spreading all over thecsurface), or areas with specific surface energy which either facilitate or prohibit the self-assembly.

32
Q

Guided self-assembly: surface topography

A

Nanoparticulas dentro de cavidades:
-Processo compicado
-Uma vez na cavidade as forças eletroestaticas ou forças de vander waals vao segurar a montagem.
-Poxde ser feito por dipcoating, é necessário controlar a velocidade com que se retira a amostra e a taxa de evaporação
Nanoparticles trapped inside cavities:

33
Q

Guided self-assembly: surface wetting

A

-Substrato pode ser quimicamente modificado para reduzir a forca de capilaridade nomas zonas e acentuado noutras para que as particulas possam ser colocadas seletivamente.(change of surface hydrophobicity.)
-SAMs podem ser usadas para alcançar alto contraste de hidrofobicidade

34
Q

Guided self-assembly:electrostatic force

A

-Interação de maior alcance que self assembly quimica, surface tension ou van der waals
-Base: 2 paarticulas carregadas inversamente vão se atrair. de forma semelhante uma particula vai ser atraida pelo eletrodo carregado inversamente
-NP podem ser quimicamente modificadas ou cobertas para terem cargas de superficie
-Processso pode combinar forças eletroestaticas ou de capilaridasde

35
Q

Guided self-assembly: magnetic force

A
    • Magnetic force is also long-ranged.
  • Basis: magnetic particles can be assembled onto a magnetized surface.
  • No need to apply and hold potential at numerous locations, no complex electrical connections.
  • Magnetic fields have greater selectivity than electrical fields and can permeate uninhibited through most mediums,
    particularly through liquids and gases.
  • Process mostly occurs for superparamagnetic colloidal particles (magnetization linearly related to applied magnetic field).
36
Q

Porous alumina to get Ni NWs

A

-Tem-se alumina porosa
-Eletrodeposição do niquel
-Dissolver a alumina
-NW de Niquel!!!
Exemplo de deposição eletroquímica

37
Q

The need for ALD

A

-Miniaturization, new device functionalities, on flexible substrates or
on top of 3D shapes → Requires deposition techniques offering
thickness control, uniformity, conformability, low temperature
deposition
-Uniformity
-Conformable films

38
Q

ALD fundamentals – generic process flow

A
  • Library of ALD materials nowadays is endless: metal oxides, nitrides, carbides, chalcogenides, metals, etc
  • Thin films are built up in cycles in which the surface is exposed to various vapor- or gas-phase species in alternating, separated doses. In each cycle, a submonolayer of material is deposited.
  • Precursor and co-reactant bring elements to the surface that lead to film growth
  • They react with the surface in a self-limiting way
  • Precursor+co-reactants react neither with themselves nor with the surface groups that they create
  • Purge steps remove excess precursor and/or co-reactant molecules or gaseous reaction products generated from
    surface reactions. Avoids reactions between precursor and co-reactant in gas phase
  • During each exposure step, precursor molecules react with the surface until all available surface sites are saturated. Surface
    saturation guarantees the self-limiting nature of ALD
  • Process Chemistry and conditions are chosen such that no reaction takes place once the surface is saturated.
  • Precursors are preferably overdosed so that process results become independent of potential slight variations in the amount of
    precursor supplied to the surface.
  • Surface chemistry governs film growth rather than a precise control of the process parameters such as precursor flow and partial
    pressure
39
Q

ALD fundamentals – cycles and supercycles

A

-Regular
-Multistep
-Supercycle:In a supercycle, the steps of two normal ALD processes are combined where m cycles of the first process are followed by n cycles of the second process. The variables m and n can be chosen so as to obtain the desired composition and structure of the film.

40
Q

ALD fundamentals – growth per cycle (GPC)

A

-Saturation of both half-cycles leads to a characteristic amount of growth per cycle (GPC). I.e., a known and constant thickness is
deposited per growth cycle and is represented by GPC.
* In an ideal ALD process, GPC is independent of temperature

41
Q

ALD fundamentals – metal precursors main attributes

A
  • It must be reactive towards the surface groups and leave reactive surface groups
  • It must not react with itself or with its surface-adsorbed species.
  • It should have a sufficiently high decomposition T (if decomposition occurs, self-limiting growth control may be lost)
  • Its reaction products should be volatile and neither easily adsorb to nor etch the growing film
42
Q

ALD fundamentals – metal precursors

A

Current metal sources are almost exclusively inorganic coordination complexes, i.e., a metal center surrounded by ligands.

43
Q

Main attributes for ALD precursors:

A

–It must be reactive towards the surface groups and leave reactive surface groups
–It must not react with itself or with its surface-adsorbed species.
–It should have a sufficiently high decomposition T (if decomposition occurs, self-limiting growth control may be lost)
–Its reaction products should be volatile and neither easily adsorb to nor etch the growing film

44
Q

ALD fundamentals – co-reactants and energy-enhanced ALD

A

In general, co-reactants are all volatile, small molecules, such as elements, hydrides or alkyl compounds

45
Q

How to understand if we are getting good-quality films?

A

Ellipsometry – refractive index as an indication of film density

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