Auswirkungen der akkumulierten Energie auf die Nanopartikelbildung beim Entnetzen von dünnen AgCu-Schichten mit gepulstem Laser

Einführung

Edle metallische Nanopartikel wurden aufgrund ihrer vielen interessanten physikalischen Eigenschaften umfassend erforscht; interessante elektrochemische und mechanische Eigenschaften [1,2,3]. Eine der wichtigsten Eigenschaften solcher Nanopartikel ist ihre lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR), die aus der Wechselwirkung zwischen dem einfallenden Licht und den freien Elektronen auf der metallischen Oberfläche entsteht [4]. Insbesondere das zeitlich veränderliche elektrische Feld des einfallenden Lichts übt eine Kraft auf die freien Elektronen aus, die sie in Schwingung versetzt [5]. Bei einer bestimmten Anregungsfrequenz fällt die Schwingung der freien Oberflächenelektronen mit der des einfallenden Lichts zusammen und die resultierende Resonanz führt zu einer deutlichen Erhöhung der Lichtabsorption der Oberfläche bei der entsprechenden Wellenlänge. Metallische Nanopartikel zeigen ein lokalisiertes Oberflächenplasmonenresonanzverhalten, wenn ihre Größe auf eine Größenordnung kleiner wird als die der Wellenlänge des einfallenden Lichts [6].

Unter den verschiedenen gebräuchlichen metallischen Materialien wurden Silber (Ag) und Kupfer (Cu) ausgiebig erforscht und finden breite Anwendung in der antibakteriellen [7, 8], photovoltaischen [9, 10], optoelektronischen [9, 11], und Elektrokatalyse [12] Felder. Bei vielen dieser Anwendungen ist es wünschenswert, metallische Nanopartikel auf der Substratoberfläche zu strukturieren. Dies wird üblicherweise mit einem Laser-Entnetzungsprozess durchgeführt [13,14,15,16]. Die Literatur enthält viele Studien zur Bildung metallischer Nanopartikel durch Laserentnetzung [17]. Die meisten dieser Studien konzentrieren sich jedoch auf die Entnetzung reiner Metalle [14, 16, 17, 18]. Mit anderen Worten, die Literatur enthält nur spärliche Informationen zur Laserentnetzung von Legierungen [13, 15]. Dünne Legierungsfilme mit Nanopartikelstrukturen sind jedoch in vielen Anwendungen von großer praktischer Bedeutung, darunter Oberflächenplasmonenresonanz- und optische Wasserstoffsensoren [19, 20]. Ruffino berichtete, dass die Absorption der Oberflächenstrukturen in Arrays, die zu verschiedenen Zeiten hergestellt wurden, deutlich die Möglichkeit zeigen würde, die plasmonischen Eigenschaften durch Abstimmung der geometrischen Eigenschaften der Arrays einzustellen [17]. Die Sensoreigenschaft der metallischen Nanopartikel aufgrund ihrer charakteristischen Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) befindet sich in der Entwicklung [21]. Die Sensorfähigkeit der synthetisierten Nanopartikel wurde außerdem durch Raman-Spektroskopie unterstützt. Die synthetisierten Nanopartikel wurden weiter zum Nachweis von Pestiziden unter Verwendung von Absorptionsspektraltechniken verwendet [22]. Daher sind weitere Untersuchungen zu den Auswirkungen der Laserentnetzung auf die chemischen und mechanischen Eigenschaften dünner Legierungsfilme erforderlich.

Die Eigenschaften von reinem Ag und Cu unter Laserentnetzung sind gut verstanden [13, 23]. Trotz vieler verschiedener Anwendungen monometallischer Nanopartikel hat sich die Synthese bimetallischer Nanopartikel aufgrund der kombinierten Eigenschaften der konstituierenden Metalle ebenfalls beschleunigt. Zum Beispiel haben die bimetallischen Nanopartikel eine verbesserte Reaktivität gegenüber ihren monometallischen Gegenstücken im Bereich der Katalyse [24]. Um den Entnetzungsmechanismus in Legierungssystemen aufzuklären, wählt die vorliegende Studie daher bewusst eine AgCu-Legierung als Forschungsziel. Insbesondere werden äquimolare AgCu-Dünnschichten auf Glassubstraten abgeschieden und die Morphologien, Zusammensetzungen und Absorptionseigenschaften der Schichten nach der Laserentnetzung mit unterschiedlichen Laserpulswiederholungsraten, Laserleistungen und Scangeschwindigkeiten untersucht.

Methoden

Ag₅₀ Cu₅₀ Filme mit einer Dicke von 10 nm wurden aus reinen Ag- und Cu-Targets auf Glassubstraten (Nippon Electric Glass Co., Dicke:7 mm, Oberflächenrauheit:1,8 nm) mit einer Hochvakuum-Sputteranlage mit einem Basisdruck von . co-gesputtert 2 × 10 ⁻⁶ Torr und einer Ar-Gasflussrate von 30 sccm. Die Mikrostrukturen des abgeschiedenen Ag₅₀ Cu₅₀ Filme (100 nm) wurden mit einem D8-Röntgendiffraktometer (XRD, Bruker D8 Advance) mit Cu-Kα-Strahlung (λ = 0,1540 nm) und eine Betriebsspannung und ein Betriebsstrom von 40 kV bzw. 30 mA. Die abgeschiedenen Filme (10 nm) wurden dann mit einem gepulsten Nahinfrarot-Lasersystem (NIR) (SPI-12, UK Fiber Laser) mit einer Wellenlänge von 1064 nm, einer Pulsdauer von 200 ns und einer Punktgröße . entfeuchtet mit 40 μm. Um den Einfluss unterschiedlicher Prozessbedingungen auf die Nanopartikelbildung in den Dünnschichten zu untersuchen, wurde der Entnetzungsprozess mit zwei Wiederholungsraten (100 und 300 kHz), vier Pulsleistungen (2, 6, 8 und 12 W) und vier Scangeschwindigkeiten durchgeführt (50, 400, 800 und 1200 mm/s). In jedem Fall wurde der Scanabstand auf 20 μm festgelegt. Für jeden Entnetzungsvorgang wurde die Pulsenergie (E) berechnet als [25]:

wo P _AVG ist die durchschnittliche Leistung des Lasers und rep ist die Wiederholungsrate. Für die in der vorliegenden Studie betrachteten Verarbeitungsbedingungen lag die Pulsenergie im Bereich von 6,7 bis 120 μJ.

Die optischen Eigenschaften der entfeuchteten Proben wurden mit einem UV-Vis-IR-Spektrophotometer (Lambda 35, PerkinElmer) bei Wellenlängen von 300 bis 1000 nm analysiert. Die Oberflächenmorphologien der entfeuchteten Proben wurden mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM, JSM-7600F) beobachtet. Die Partikelgrößenverteilung wurde unter Verwendung der Bildverarbeitungssoftware ImageJ (National Institutes of Health, USA) mit einem Minimum von 100 Partikeln pro Probe gemessen. Schließlich wurden die Mikrostrukturen und Elementzusammensetzungen des abgeschiedenen Films und der Nanopartikel unter Verwendung eines Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskops (FE-TEM, Tecnai F20 G2), ausgestattet mit energiedispersiver Röntgenspektrometrie (EDS), untersucht. Zur Herstellung der TEM-Proben wurde eine ultradünne Pt-Schicht auf der Probenoberfläche abgeschieden, um die Nanopartikel beim Mahlen zu schützen. Anschließend wurde ein Focus Ion Beam-System (FIB, Hitachi NX2000) verwendet, um den Querschnitt der ausgewählten entfeuchteten Nanopartikel genau in TEM-Proben zu schneiden und zu fräsen.

Ergebnisse und Diskussionen

Abbildung 1a zeigt das Röntgenbeugungsmuster des abgeschiedenen Ag₅₀ . Cu₅₀ Film. Der offensichtliche Beugungspeak in der (111)-Ebene zeigt an, dass der Film eine Kristallstruktur hat. Hsieh [26] berichtete auch, dass das abgeschiedene Ag₅₀ Cu₅₀ Film hat nur einen Beugungspeak. Im Vergleich zur Referenz konnte ein ähnliches XRD-Ergebnis erhalten werden. Es ist bekannt, dass Cu Ag-Atome nur bis zu 4,9 Atom-% lösen kann, während Ag bis zu 14,1 Atom-% Cu lösen kann. Das Ag (111) verschiebt sich mit zunehmendem Cu-Gehalt nach rechts. Daher erschien in unserem Ergebnis nur ein Beugungspeak. Darüber hinaus ist das REM-Bild des Ag₅₀ Cu₅₀ Das in Abb. 1b gezeigte Bild zeigt, dass der Film ein glattes und kontinuierliches Erscheinungsbild hat. Schließlich bestätigen die in Abb. 1c, d dargestellten Ergebnisse der EDS-Kartierung die Homogenität der Zusammensetzung der Legierungskomponenten Ag und Cu.

a XRD-Muster, b SEM-Bild und das entsprechende Kompositions-Mapping, c Ag und d Cu, des abgeschiedenen Ag₅₀ Cu₅₀ Film

Abbildung 2a–h zeigen die Morphologien der durch Pulslaser entfeuchteten Nanopartikel, die entsprechenden Diagramme der Größenverteilung und die Absorptionsspektren des entfeuchteten Ag₅₀ Cu₅₀ Filme, die mit einer konstanten Wiederholrate und Scangeschwindigkeit von 300 kHz bzw. 400 mm/s und Laserleistungen von 2, 6, 8 und 12 W hergestellt wurden. Für die in Abb. 2a–h betrachteten Verarbeitungsbedingungen variiert die Pulsenergie von 6,7 bis 40 μJ. Außerdem ist die akkumulierte Energie aufgrund der hohen Repetitionsrate relativ gering [13]. Die Größenverteilungsdiagramme zeigen, dass die betrachteten Verarbeitungsparameter zur Bildung von Nanopartikeln mit zwei unterschiedlichen Größen führen, nämlich größeren Nanopartikeln mit einer Größe von etwa 200 nm und kleineren Nanopartikeln mit einer Größe von etwa 50 nm. Darüber hinaus zeigen die Absorptionsspektren das Vorhandensein von zwei offensichtlichen Peaks bei etwa 500 bzw. 700 nm. Bemerkenswert ist, dass ein solches Doppelpeak-Absorptionsspektrum in Laser-Entnetzungsstudien noch nie zuvor berichtet wurde.

a –d Oberflächenmorphologien von entfeuchteten Nanopartikeln, induziert mit konstanter Wiederholungsrate (300 kHz) und Scangeschwindigkeit (400 mm/s), aber unterschiedlichen Pulslaserleistungen (2, 6, 8 bzw. 12 W); e –g entsprechende Größenverteilungen von Nanopartikeln; h entsprechende Absorptionsspektren. ich –l Oberflächenmorphologien von entfeuchteten Nanopartikeln, induziert mit konstanter Wiederholrate (100 kHz) und Scangeschwindigkeit (400 mm/s), aber unterschiedlichen Pulslaserleistungen (2, 6, 8 bzw. 12 W); m –p entsprechende Größenverteilungen von Nanopartikeln; q entsprechende Absorptionsspektren. Alle Maßstabsbalken entsprechen 1 μm

Abbildung 2i–q zeigen die Morphologien, Größenverteilungen und Absorptionsspektren von Ag₅₀ Cu₅₀ Filme, die mit derselben Scangeschwindigkeit (400 mm/s) und Laserleistung (2, 6, 8 und 12 W) wie oben beschrieben verarbeitet wurden, jedoch mit einer niedrigeren Wiederholrate von 100 kHz. In diesem Fall variiert die Pulsenergie zwischen 20 und 120 μJ und die niedrige Wiederholrate führt zu einer relativ hohen akkumulierten Energie [13]. Es ist anzumerken, dass sich die Größenverteilungen und Absorptionsspektren, die bei einer höheren akkumulierten Energie erhalten werden, stark von denen unterscheiden, die bei einer niedrigeren Energiebedingung erhalten werden (Abb. 2e–h). Insbesondere weist die Nanopartikelgröße eine Gaußsche Verteilung mit einem Mittelwert von 100 nm für alle Werte der Laserleistung auf, während das Absorptionsspektrum nur einen einzigen Peak bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm enthält. Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die entfeuchteten Morphologien des Ag₅₀ . Cu₅₀ Oberflächen, die mit unterschiedlichen Laserleistungen und Scangeschwindigkeiten bei Wiederholungsraten von 300 kHz bzw. 100 kHz bearbeitet wurden. Vergleicht man die in Abb. 2h bzw. q gezeigten Absorptionsspektren mit denen von reinem Ag [16] und Cu [13], liegen die Absorptionspeaks in den beiden Spektren zwischen denen von reinem Ag und Cu. Bei den in Abb. 2h gezeigten Spektren wird der Absorptionspeak bei etwa 500 nm bei geringer Energieakkumulation durch das größere Ag₈₀ . verursacht Cu₂₀ Nanopartikel, während das bei der höheren Wellenlänge von 700 nm mit dem kleineren Ag₆₀ . verbunden ist Cu₄₀ Nanopartikel. (Beachten Sie, dass die chemischen Zusammensetzungen der verschiedenen NPs in Tabelle 1 aufgeführt sind). Mit anderen Worten führt die höhere Ag-Konzentration zu einer Blauverschiebung des Absorptionspeaks zu einer kleineren Wellenlänge. Für die in Abb. 2q gezeigten Spektren, die einer hohen Energieakkumulation entsprechen, ist der einzelne Absorptionspeak bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm auch mit Nanopartikeln mit einer Zusammensetzung von Ag₆₀ . verbunden Cu₄₀ (siehe Tabelle 1). Nach [27] hat die Form von Nanopartikeln einen signifikanten Einfluss auf die Lage des Absorptionspeaks. Beispielsweise liegt der Absorptionspeak reiner Ag-Nanopartikel mit einer Größe von 80 nm bei einer Kugelform nahe 500 nm, verschiebt sich jedoch bei einer abgeflachten Partikelform zu 650 nm [28]. Betrachtet man die Blauverschiebung, die durch eine abnehmende Partikelgröße verursacht wird, und die Rotverschiebung, die durch einen höheren Cu-Gehalt und den Formeffekt verursacht wird, kann geschlossen werden, dass der in Abb. 2h beobachtete Absorptionspeak bei etwa 700 nm das Ergebnis eines kleinen Ag<. ist sub>60 Cu₄₀ reisförmige Nanopartikel mit einem Durchmesser von 50 nm. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Reisform des kleineren Ag₆₀ Cu₄₀ Nanopartikel, die in der 300-kHz-Probe erzeugt werden, führen zu einer Rotverschiebung des Absorptionspeaks von 550 auf 700 nm, während der Absorptionspeak durch das größere halbkugelförmige Ag₈₀ . verursacht wird Cu₂₀ Nanopartikel bleiben bei etwa 500 nm.

Oberflächenmorphologien von entnetztem Ag₅₀ Cu₅₀ Filme, die mit derselben Wiederholungsrate (300 kHz), aber unterschiedlichen Scangeschwindigkeiten und -leistungen verarbeitet wurden. Alle Maßstabsbalken entsprechen 1 μm

Oberflächenmorphologien von entnetztem Ag₅₀ Cu₅₀ Filme, die mit derselben Wiederholrate (100 kHz), aber unterschiedlichen Scangeschwindigkeiten und -leistungen verarbeitet wurden. Alle Maßstabsbalken entsprechen 1 μm

Eine detaillierte Querschnitts-TEM-Analyse wurde durchgeführt, um die genauen Mikrostrukturen und Elementzusammensetzungen der verschiedenen Nanopartikel zu bestimmen, die in den 300-kHz-Proben gebildet wurden. Abbildung 5a, b zeigen ein Hellfeldbild bzw. ein HAADF-STEM-Bild der großen Nanopartikel, die eine entfeuchtete Struktur gebildet haben. Das im Einschub von Fig. 5a gezeigte Beugungsmuster zeigt, dass das Nanopartikel infolge der beim Entnetzungsprozess induzierten schnellen Abkühlgeschwindigkeit eine amorphe Struktur aufweist. Eine ähnliche Struktur wird auch für die kleineren Nanopartikel beobachtet, die unter den gleichen Entnetzungsbedingungen hergestellt wurden (Abb. 5e). Vergleicht man jedoch die in Fig. 5e, f) gezeigten Bilder mit denen in den Fig. 5a bzw. b, sieht man, dass die kleineren Nanopartikel eine reisähnliche Form haben, während die größeren Nanopartikel eine halbkugelförmige Form haben. Betrachtet man die in Abb. 5c, d, g, h dargestellten EDS-Analyseergebnisse, stellt man fest, dass die Ag- und Cu-Elemente unabhängig von der Nanopartikelgröße gleichmäßig über die Nanopartikelstruktur verteilt sind, ohne dass eine offensichtliche Phasentrennung zwischen ihnen erkennbar ist. Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die detaillierten EDS-Kartierungen der großen bzw. kleinen Nanopartikel. Es ist ersichtlich, dass beide Nanopartikel geringe Mengen an Pt, Si und O enthalten. Grob gesagt hat der größere Nanopartikel jedoch eine Zusammensetzung von Ag₈₀ Cu₂₀ , während das kleinere Nanopartikel eine Zusammensetzung von Ag₆₀ . hat Cu₄₀ (siehe auch Tabelle 1).

TEM-Analyseergebnisse für 6 W–300 kHz–400 mm/s entfeuchtete Nanopartikel. a Hellfeldbild eines größeren Nanopartikels und b entsprechendes HAADF-STEM-Bild. EDS-Zuordnungsergebnisse für c Ag und d Cu. e Hellfeldaufnahme eines kleineren reisförmigen Nanopartikels und f entsprechendes HAADF-STEM-Bild. EDS-Zuordnungsergebnisse für g Ag und h Cu

a HAADF STEM-Bild eines großen 6 W–300 kHz–400 mm/s entfeuchteten Nanopartikels und b –f entsprechenden EDS-Mapping-Ergebnissen. (Beachten Sie, dass das Nanopartikel eine Zusammensetzung von Ag₈₀ . hat Cu₂₀ .)

a HAADF-STEM-Bild eines kleinen 6 W–300 kHz–400 mm/s entfeuchteten Nanopartikels und b –f entsprechenden EDS-Mapping-Ergebnissen. (Beachten Sie, dass das Nanopartikel eine Zusammensetzung von Ag₆₀ . hat Cu₄₀ .)

Ein Vergleich der Größenverteilungen und chemischen Zusammensetzungen der Nanopartikel, die in den 300-kHz- bzw. 100-kHz-Proben gebildet wurden, zeigt, dass die Verwendung einer niedrigeren Wiederholungsrate (dh einer höheren akkumulierten Energie [13]) die Größenverteilung verursacht um sich einer Gaußschen Verteilung anzunähern und die Nanopartikel ein konsistentes Ag₆₀ . zu haben Cu₄₀ Konzentration. Im Gegensatz dazu haben die Nanopartikel für eine höhere Wiederholungsrate (d. h. eine niedrigere akkumulierte Energie) zwei verschiedene Größen (50 nm und 200 nm) und zwei verschiedene Zusammensetzungen, nämlich Ag₆₀ Cu₄₀ und Ag₈₀ Cu₂₀ , bzw. Interessanterweise ist die Zusammensetzung von Ag₆₀ Cu₄₀ liegt am eutektischen Punkt im Ag-Cu-Binärsystem [29]. Insgesamt legen die Ergebnisse nahe, dass bei einer höheren akkumulierten Energie die Diffusionsrate der Atome erhöht wird; was zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Zusammensetzungselemente während des Entnetzungsprozesses führt. Außerdem scheint sich die Zusammensetzung selbst entlang der Liquiduslinie einzustellen und sich bei ausreichender Diffusion in Richtung des eutektischen Punktes zu bewegen. Dadurch ist die gesamte entfeuchtete Oberfläche mit Ag₆₀ . bedeckt Cu₄₀ Nanopartikel mit einer Gaußschen Größenverteilung. Darüber hinaus kann die in den Nanopartikeln beobachtete schwache FCC-Kristallstruktur auf die niedrigere Abkühlgeschwindigkeit in Verbindung mit einer höheren akkumulierten Energie zurückgeführt werden. Bei der 300-kHz-Probe wird die akkumulierte Energie reduziert, was nicht ausreicht, um eine vollständige Entnetzung des Films auszulösen. Somit tritt eine teilweise Filmperforation und -kontraktion auf; was zur Bildung größerer Nanopartikel zusammen mit instabilen geschmolzenen Metallfilamenten führt, die sich anschließend in kleinere Nanopartikel umwandeln [30]. Mit anderen Worten erfahren die größeren Nanopartikel eine schnellere Abkühlungsrate und behalten daher ihre ursprüngliche Größe, während die geschmolzenen Filamente eine langsamere Abkühlungsrate erfahren und sich unter der Wirkung der thermischen Abkühlung in kleinere Nanopartikel trennen. Folglich enthält der endgültige entfeuchtete Film sowohl große Nanopartikel mit einer Zusammensetzung von Ag₈₀ Cu₂₀ verbunden mit einer schnelleren Abkühlgeschwindigkeit und kleinen Nanopartikeln mit einer Zusammensetzung von Ag₆₀ Cu₄₀ verbunden mit einer geringeren Kühlrate.

Laut Literatur [31] hat Kupfer eine niedrigere Viskosität als Silber. Daher diffundieren die Kupferatome während des Entnetzungsprozesses schneller und leichter als die Silberatome. Deutlich erkennbar ist, dass die angrenzende Region in der Nähe von Nanopartikeln mehr Cu, aber weniger Ag aufweist, wie in diesen HAADF-STEM EDS-Kartierungsergebnissen dargestellt, was den Verlust von Cu „in Nanopartikeln“ impliziert. Dadurch kann eine vorübergehend hohe Silberkonzentration (Ag₈₀ Cu₂₀ )-Region innerhalb des Nanopartikels gebildet wird. Beachten Sie, dass die Rolle der Diffusion (und nicht der Verdampfung) beim Auslösen eines Cu-Verlustes in den Nanopartikeln durch die relativ höhere Siedetemperatur von Cu (2562 °C) als von Ag (2162 °C) unterstützt wird, was darauf hindeutet, dass der Cu-Verlust Es ist unwahrscheinlich, dass dies auf Verdunstung zurückzuführen ist. Dennoch erfahren trotz der allgemein niedrigen Diffusionsrate einige Bereiche des entfeuchteten Films immer noch eine ausreichende Diffusion und somit kleine reisförmige Nanopartikel mit einer Zusammensetzung von Ag₆₀ Cu₄₀ gebildet werden.

Abbildung 8 zeigt die Ergebnisse der Querschnitts-TEM-Analyse für die Nanopartikel in der 100-kHz-Probe. Das in Abb. 8a dargestellte Hellfeldbild zeigt, dass die Nanopartikel auch eine Halbkugelform haben. Das Beugungsmuster in Fig. 8b zeigt jedoch, dass sie eine FCC-Struktur aufweisen. Dennoch weisen die meisten Bereiche des Nanopartikels eine amorphe Mikrostruktur auf. Dies ist, wie oben beschrieben, auf die schnelle Abkühlgeschwindigkeit während des Entnetzungsprozesses zurückzuführen. Allerdings ist die Abkühlrate für den mit einer Wiederholungsrate von 100 kHz verarbeiteten Film niedriger als für den mit einer Wiederholungsrate von 300 kHz verarbeiteten Film, und daher haben die Nanopartikel eine schwache kristalline Struktur, wie ein Vergleich der Beugung zeigt Muster in Abb. 8b mit dem im Einschub von Abb. 5a. Nichtsdestotrotz bestätigt das in Fig. 8d gezeigte Beugungsbild des konvergenten Strahls, dass die Nanopartikel in der 100-kHz-Probe eine FCC-Struktur aufweisen. Das HAADF-STEM-Bild (Abb. 9a) und die entsprechenden EDS-Kartierungsergebnisse (Abb. 9b–f) zeigen, dass die Ag- und Cu-Elemente ohne signifikante Phasentrennung gleichmäßig über die halbkugelförmigen Nanopartikel verteilt sind. Darüber hinaus beträgt die Zusammensetzung der Nanopartikel ungefähr Ag₆₀ Cu₄₀ , wie in Tabelle 1 gezeigt.

a Hellfeldbild und entsprechendes b Beugungsmuster und c Dunkelfeldaufnahme von 6 W–100 kHz–400 mm/s entfeuchtetem Nanopartikel. d Beugungsmuster des konvergenten Strahls, das die FCC-Struktur zeigt

a HAADF STEM-Bild von 6 W–100 kHz–400 mm/s entfeuchteten Nanopartikeln und b –f entsprechende EDS-Mapping-Ergebnisse

Es ist theoretisch möglich, dass die beiden Absorptionspeaks in den Spektren der 300-kHz-Proben sowohl auf Dipol- als auch auf Quadrupol-Plasmonenresonanz zurückzuführen sind, wie bereits in der Literatur für große Nanopartikel mit einer Größe von 140 nm beschrieben [28]. Daher zeigt Abb. 10 eine umfassendere Untersuchung (300–1000 nm) der Absorptionsspektren in den 300-kHz- und 100-kHz-Proben. Es ist anzumerken, dass der Absorptionspeak, der für die Ag-Quadrupol-Plasmonenresonanz bei 300–400 nm charakteristisch ist, in beiden Spektren fehlt. Da die Nanopartikel in beiden Proben ausreichend groß sind, um eine Quadrupol-Plasmonenresonanz zu unterstützen [32], bedeutet das Fehlen eines solchen Peaks, dass das für die 300-kHz-Proben beobachtete Absorptionsspektrum mit zwei Peaks das Ergebnis der Größenverteilung, der Nanopartikelform und der Nanopartikelzusammensetzung ist Effekte statt Quadrupol-Plasmonenresonanz.

Breitere Untersuchung des Absorptionsspektrums von 300 bis 1000 nm in 300-kHz- und 100-kHz-Proben

Schlussfolgerungen

Diese Studie hat die Wirkung der akkumulierten Energie, die durch verschiedene Wiederholungsraten induziert wird, auf die entfeuchteten Morphologien von Ag₅₀ . untersucht Cu₅₀ dünne Filme. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass bei Verwendung einer geringeren Repetitionsrate die Diffusionsrate der Atome während des Entnetzungsprozesses zunimmt. Die resultierenden Nanopartikel haben eine gleichmäßige Zusammensetzungsverteilung von Ag₆₀ Cu₄₀ , einen mittleren Durchmesser von 100 nm und eine Spitzenabsorptionswellenlänge von 550 nm. Im Gegensatz dazu wird bei einer höheren Wiederholungsrate die Diffusionsrate der Atome unterdrückt. Somit enthält die entnetzte Struktur zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln, nämlich große halbkugelförmige Nanopartikel mit einer Zusammensetzung von Ag₈₀ Cu₂₀ und kleine reisförmige Nanopartikel mit einer Zusammensetzung von Ag₆₀ Cu₄₀ . Das entsprechende Absorptionsspektrum enthält zwei Peaks bei Wellenlängen von 500 nm bzw. 700 nm. Es wird daher spekuliert, dass eine höhere Ag-Konzentration in den Nanopartikeln zu einer Blauverschiebung des Peaks im Absorptionsspektrum führt, während eine Reisform der Nanopartikel eine Rotverschiebung des Peaks im Absorptionsspektrum verursacht.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die in der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Abkürzungen

LSPR:

Lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz

XRD:

Röntgenbeugung

NIR:

Nahinfrarotstrahlung

FE-REM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop

FE-TEM:

Feldemissions-Transmissionselektronenmikroskop

EDS:

Energiedispersive Röntgenspektrometrie

FIB:

Ionenstrahl fokussieren

FCC:

Flächenzentriert kubisch