Nanomateriály v medicíně a elektronice

V.Švorčík, Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha [email protected] ________________________________________________________

Nanomateriály v medicíně a elektronice Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta chemické technologie Ústav inženýrství pevných látek „nano“ (řecky trpaslík)

V.Švorčík, [email protected]

počet publikací o syntéze, charakterizace a aplikací nanomateriálů dle ISI Web of Knowledge 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006



NANOSVĚT (NANOTECHNOLOGIE) aplikační oblasti nanotechnologií

Top-down vs. Bottom-up Top-down Top-down

Vztahy platné pro makroobjekty (kolektivní vlastnosti velkého počtu atomů/molekul) jsou „extrapolovány“ na nanoobjekty

Bottom-up Bottom-up

Vztahy platné pro částice (individuální vlastnosti jednotlivých atomů/molekul) jsou „extrapolovány“ na nanoobjekty


Klabunde, K. J. Nanoscale Materials in Chemistry; Wiley: New York, USA, 2001

N.Wang et al., Nanotechnol. 19, 415701 (2008).

Absorpce obtížně rozpustných API

Window of absorption

Nekompletní absorpce

Kompletní absorpce

To je velmi náročný problém…….

y že slím kv , ž an e to mo vé h m us ni ech jis kd a to o“ nic tou e ne pro ro hl zu ás m it, í

„M


„Tam dole je spousta místa“



pentacen

n = 23 ; Ln=1.2 nm

n = 47

n = 60

Růst krystalu: Atom & hcp ad-atomy



Snížení CN Î zkrácení vazeb

Î zvýšení vazebné energie

Sun C.Q.: Size dependence of nanostructures: Impact of bond order deficiency, Progress Solid State Chem. 35 (2007) 1-159.


J.Siegel, O.Lyutakov, Z.Kolská, V.Rybka, V.Švorčík, Nanoscale Res. Lett. 6, 96 (2011).

surface size effect


vs. quantum size effect

the density of states

Gold yellow melts at 1063°C, 10 nm particles absorb green light and thus appear red E.Roduner, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 583


10

30

3.5

6.6

Sputtering time (s) 50 100 200 Structure thickness (nm) 9.9 19.5 36.5

300

500

54.0

88.7

RT

300°C

■ 300°C □ RT

V.Švorčík, O.Kvítek, O.Lyutakov, J.Siegel, Z.Kolská, Appl. Phys. A 102, 747 (2011).


RT

300°C

←□■

Tauc α(ν) = A(hν-Egopt)x / hν V.Švorčík, O.Kvítek, O.Lyutakov, J.Siegel, Z.Kolská, Appl. Phys. A 102, 747 (2011).

○→


300°C

RT

Ra = 15.5 nm

Ra = 4.0 nm

75 s

Ra = 27.5 nm

Ra = 1.8 nm

200 s

Ra = 52.7 nm

Ra = 1.1 nm

400 s

V.Švorčík, O.Kvítek, O.Lyutakov, J.Siegel, Z.Kolská, Appl. Phys. A 102, 747 (2011).

A

A’

B

B’


A

250 nm

B

J.Siegel, O.Kvítek, P.Slepička, J.Náhlík, J.Heitz, V.Švorčík, Nucl. Instrum. Meth, přijato

A


B

V.Švorčíka, O.Kvítek, J.Říha, Z.Kolská, P.Šutta, Vacuum, přijato


V.Švorčík, J.Siegel, Z.Kolská, J.Mistrík, P.Janíček, P.Worsch, Appl. Phys. A 102, 605 (2011)


A

B

■ 300°C □ RT

C





+ Elektronické inženýrství

elektronické inženýrství CD/DVD

balení potravin



Pd/ PET

Ag/ PET

Pt/ PET

Au/ PET

Pd/ PET

Ag/ PET

P.Slepička, V.Švorčík et al., Pt/ Optoel.Adv.Mater.Com. 2, PET 153 (2008).

Au/ PET


adheze Au na PE plasma Au-sputtering


adheze Au na PE

PE/Au 0,20

PE/plasma/Au

Hardness (GPa)

0,15

0,10

PE/240/n/Au

PE/Au PE/240 PE/240/o/Au PE PE/240/n/Au

0,05

0,00 0

1000

2000

Displacement into surface (nm)

PE/240/o/Au

____ 500 µm ____ V.Švorčík et al., Polym.Eng.Sci. 46, 1326 (2006).


X-Ray structure parameters of Au layers deposited (50 nm) on pristine and plasma treated polymers

PE PE/Au

PE/240/n/Au

PE/240/o/Au

Line (h k l)

Grain size [nm]

Lattice stress [GPa]

(1 1 1)

17

1.244

PET

Line (h k l)

Grain size [nm]

Lattice stress [MPa]

(1 1 1)

19

943

(2 0 0)

45

708

(1 1 1)

40

918

(2 0 0)

6

846

(1 1 1)

33

804

(2 0 0)

5

709

Au/PET (2 0 0)

13

0.763

(1 1 1)

13

0.950 Au/n/180/PET

(2 0 0)

9

0.346

(1 1 1)

10

0.748 Au/o/180/PET

(2 0 0)

6

0.058

V.Švorčík et al., Polym.Eng.Sci.46, 1326 (2006). V. Kotál, V. Švorčík et al., Plasma Proc.Polym. 4, 69 (2007).

poměr stojatých vln (vswr) voltage standing wave ratio


V.Švorčík, Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha [email protected]

_________________________________________________________

90

PET PTFE

Average thickness [nm]

80 70 60 50 40 30 20 10 0

0

100

200

300

400

Sputtering time [s]

P.Slepička, V.Švorčík et al., Surf. Interf. Anal., 41, 741 (2009).

500


_________________________________________________________

~6 nm

~60 nm

Kaune G. et al., Appl.Mater.Interf. 2009, 1, 353.

P.Slepička, V.Švorčík et al., Surf. Interf. Anal. 41, 741 (2009).


_________________________________________________________ 7

10

-3

Volume concentration [m ]

PET PTFE

3

10

1

10

-1

0

20

40

60

80


29

10

28

10

27

10

26

10

25

10

24

10

23

10

22

10

21

PET PTFE

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Average thickness [nm] 10

-1

10

-2

10

-3

10

-4

10

-5

PET PTFE

2

10

Hall mobility [m /Vs]

Sheet resistance [Ω]

5

10

10

10

20

30

40

50

60


70

80

P.Slepička, V.Švorčík et al., Surf. Interf. Anal. 41, 741 (2009).


_________________________________________________________ Sklo

Au20s/Sklo

J.Siegel, O.Lyutakov, Z.Kolská, V.Rybka, V.Švorčík, Nanoscale Res. Lett. 6, 96 (2011)


_________________________________________________________

8 nm

18 nm

5 nm J.Siegel, O.Lyutakov, Z.Kolská, V.Rybka, V.Švorčík, Nanoscale Res. Lett. 6, 96 (2011)

< 5 nm


_________________________________________________________


-3

Volume concentration [m ]


10

29

10

28

10

27

10

26

10

25

10

24

10

23

10

22

10

21

PET PTFE

0

10

20

30

40

50

60


70

80


_________________________________________________________

Carbon nanolayers flash evaporated on PET and PTFE Ultrathin carbon films • biomedical application • electronic and analytical applications

RDG

DGEA REDV

YIGSR IKVAV RDG

KRSR

V.Švorčík, Ústav inženýrství pevných látek, VŠCHT Praha [email protected] __________________________________________________________________

V.Švorčík et al., Carbon, 47, 1770 (2009).


_________________________________________________________



_________________________________________________________



_________________________________________________________ PET

PTFE

Ra=13.3

Ra=0.6

C2/PET Ra=0.5

C2/PTFE

Ra=2.9



_________________________________________________________ A

B A V.Švorčík et al., Carbon, 47, 1770 (2009).

plasma

R

R

R

R

R

R


polymer

grafting

Au nanoparticles

Au sputtering Au-layer

PE Ra=5.36

PE/plasma Ra=7.08

PE/plasma/SH/Au

PE/plasma/SH Ra=6.18

V.Švorčík et al., Nucl.Instr.Meth. B 267, 2484 (2009)

Ra=7.20


6

PE/plasma O O/H2O PE/plasma/SH/Au Au S

3

2

60

B

2,5

PE/Au PE/plasma/Au PE/plasma/SH/Au

PE/Au PE/plasma/Au PE/plasma/SH/Au

2,0

Hardness (GPa)

4

Modulus (GPa)

Atom concentration (at. %)

5

3,0

A

80

40

20

1,5

1,0

1 0,5 0

0

0

0

50

100

150

200

250

300

Depth (nm)

A

50

100

150

200

250

300


V.Švorčík et al., Nucl.Instr.Meth.B, 267, 2484 (2009) B

C

0,0 0

50

100

150

200

250

300



Spec.případ: kaII II q Λ = λ / (neff - sin θi)

nvzduch < neff < npolymer Interference rozptýleného a dopadajícího světla

Formování struktur

PET

Λ* =

λ

vln. délka

n '− sin (θ

index lomu (mod.)

F2 laser, λ = 157 nm,

KrF laser, λ = 248 nm,

)

=


248 ≈ 205 nm 1 . 21 − sin (0 )

úhel dopadu

2,20 mJ cm-2

3,00 mJ cm-2

4,40 mJ cm-2

6,00 mJ cm-2


A - irradiated PET KrF

Ra=19.0

F2

Ra=4.3

B - irradiated and sputtered PET Au/KrF

Ra=20.2

Au/F2

Ra=4.2

J.Siegel, P.Slepička, J.Heitz, Z.Kolská, P.Sajdl, V.Švorčík, Appl. Surf. Sci. 256, 2205 (2010).





Ar plasma treatment (8.3 W, 240 s)

ablated 30 nm water etched 20 nm modified 50-60 nm

poly(ethylene)

V.Švorčík et al., Polym. Degr. Stab. 92, 1645 (2007).


modifikace polymerů v plasmě

140

PE/plasma

120

504

336 168

100 80

100 PET/plasma

24

60 40 20

0 0 0 1

10

100

Oxygen content (at.%)

Contact angle (deg)

120

80 60

Old

40

New Theor.

20

1000

Exposure time (s) V.Švorčík et al., Polym.Eng.Sci. 46, 1326 (2006).

Pristine

0 0

2

4

6 Monolayer

8

10

12


3,0

PE/plasma

O concentration (at. %)

2,5 2,0 HDPE/25 HDPE/250 LDPE/25 LDPE/250

1,5

P E /plasm a

1,0

PE/plasm a

A

B

0,5

C1

0,0

C2

0

20

40

60

80

100

120

140

C

160

C3

Depth (nm)

C -O H

C4

292

288

284

B inding energy (eV )

V.Švorčík a kol., Polym. Degr. Stab. 91, 1219 (2006)

280 540

536

532

Binding energy (eV )

528


V.Švorčík a kol., Polym. Degr. Stab. 91, 1219 (2006)

PE/plasma

PE Ra=6.09


Ra=12.04

PE/plasma/H2O/Au

EP/plasma/H2O Ra=10.4 1

Ra=8.68

PE/plasma PE/plasma/Au

120

Contact angle (°)

110 100 90 80 70 60


0

100

200

300

Plasma exposure time (s)

400

5th day

PE

220

PE/plasma

180 -2 3


PE PE/plasma PE/plasma/Au

200 Cell density x10 (cm )

1st day

160 140 120 100 80 60 40 20

PE/plasma/Au

0 1

2

3

4

5

6

7

Time (day)


1st day

PE

3rd day


PE/plasma

PE/plasma/Au



depozice C: naprašování, napařování a CVD metoda

V.Švorčík et al., J.Mater.Sci. Mater.Med. 17, 229 (2006).

V.Švorčík, [email protected] 140

C/PTFE/Xe-lamp/acetylene

130

SEM

120

Profilometer

110 100 Thickness [nm]

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

Deposition time [min]

Intensity [a.u.]

F

C

O

O.Kubová, V.Švorčík. et al., Thin Solid Films 515, 6765 (2007).

PTFE/C30 C

PTFE 650

450

Bonding energy [eV]

250


1.0

Day1 Day3 Day7

0.8

150000

0.6

100000

0.4

50000

0.2

0

PTFE

PTFE10

PTFE20

PTFE30

O.Kubová, V.Švorčík. et al., Thin Solid Films 515, 6765 (2007).

PS

0.0

______1 mm______

200000

MTS Int. [a.u.]

DENSITY [cells/cm2]

250000

degradace polymerů

V. SVORCIK a kol., J. Appl. Polym. Sci. 64: 723, 1997



mechanismus vodivosti degradovaných polymerů

V. SVORCIK a kol., J. Appl. Polym. Sci. 64: 723, 1997

V. Švorčík a kol., Nucl.Instrum.Meth. B122, 663 (1997)


Světlo emitující diody LED


G.Gustavson, A.J.Heeger et al., Nature 357, 477 (1992)

Ohmické chování látek

K. Efimenko, V. Svorcık a kol., Appl.Phys. A67, 503 (1998)



šířka zakázaného pásu Eg


V.Švorčík a kol., J.Mater.Res. 12, 1661 (1997)


S. Y. Chou, L. Zhuang,. Vac. Sci. Technol. B 17, 3197 (1999)

Vliv elektrického pole na polární polymer

PMMA


Orientovaný PMMA (n = 1.46) Neorientovaný PMMA (n = 1.43)

Nanovlákna na bázi polymerů

zvlákňování





Whisker – vous, vláknový krystal




________________________________________________________

Děkuji Vám za pozornost Pardubice, leden 2007

Nanomateriály v medicíně a elektronice

Recommend Documents