Szilícium karbid nanokristályok előállítása és jellemzése - Munkabeszámoló -

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Szilícium karbid nanokristályok előállítása és jellemzése - Munkabeszámoló -"

Veronika Király
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szilícium karbid nanokristályok előállítása és jellemzése - Munkabeszámoló - Beke Dávid Balogh István Szekrényes Zsolt Veres Miklós Fisher Éva Fazakas Éva Bencs László Varga Lajos Károly Kamarás Katalin Témavezető Gali Ádám

Szekrényes Zsolt Veres Miklós Fisher Éva Fazakas Éva

2 Bemutatkozás : MTA SZFKI 2010: vegyészmérnöki diploma BME VBK műanyagipari szakirány, anyagtudományi alszakriány : MTA MFA MEMS laboratorium SiC kristályok Si felületen történő nukleációjának és növekedésének vizsgálata (konzulens: Pongrácz Anita) BME TTK AFT Felüleanalitikai laboratórium XPS AES SIMS mérések (Konzulens: Dobos Gábor, Josepovits Katalin TDK 2008 EMRS spring meeting 2010 AIP Conf. Proc. -- November 1, 2010 Volume 1292, pp Diploma

MFA MEMS laboratorium SiC kristályok Si felületen történő nukleációjának és növekedésének vizsgálata (konzulens: Pongrácz

3 SiC nanokristályok előállítása és jellemzése A SiC és a nanokristályok bemutatása Célkitűzés Előállítás és jellemzés A kutatás állása: pillanatnyi eredmények

4 A SiC és a nanokristályok bemutatása

Nanotechnology Now kvantum-bezártság: akkor lép fel ha az

5 (CdSe) Kvantum bezártság a kristályra jellemző sávszerkezetet felülírják a mérethatások: Felice Frankel Nanotechnology Now kvantum-bezártság: akkor lép fel ha az elektronok koherenciahossza összemérhető a szerkezet méreteivel MIT

6 Evident technologies Kvantum pöttyök Biológiai képalkotás Képalkotás fluoreszcens jelből In vivo in vitro Állapot, folyamat megfigyelése Molekula vs QDs Pavel Zrazhevskiy, Mark Sena and Xiaohu Gao. Chem. Soc. Rev., 2010, 39,

folyamat megfigyelése Molekula vs QDs Pavel Zrazhevskiy,

7 Problémák a jelenleg kutatott vegyületfélvezetőkkel A komponensek jelentős része mérgező A kvantum pöttyök mérete önmagában is 20nm körüli, de a stabilitás érdekében további méretnövelő rétegekre van szükség. Az emittált fény hullámhossza erősen függ az átmérőtől, ami gondot okozhat az érzékelésben.

stabilitás érdekében további méretnövelő rétegekre van szükség.

8 Célkitűzés

Phys Rev Lett 2005;94:026102. Ezt kell elérni SiC-ban is J. Botsoa, et al.

9 Használjunk olyan félvezető nanoklasztert, Amely eléggé kisméretű biokompatibilis Infravörös fénykibocsátása van Cél: Biológiai képalkotás SiC Wu XL, Fan JY, Qiu T, Yang X, Siu GG, Chu PK. Phys Rev Lett 2005;94: Ezt kell elérni SiC-ban is J. Botsoa, et al., Application of 3C-SiC quantum dots for living cell imaging, Applied Physics Letters, vol. 92, no. 17, p , 2008.

10 SiC tulajdonságai paraméter Si 3C-SiC GaAs 2H-GaN Gyémánt tiltott sáv [ev] 1,12 2,4 1,43 3,4 5,5 a [Ᾰ] 5,43 4,36 5,65 3,189 3,567 c [Ᾰ] n.a n.a. n.a. 5,185 n.a. Kötéshossz ,89 2,45 1,95 1,54 T.E.C [10-6/K] 2,6 3,0 5,73 5,6 0,8 Sűrűség [g/cm3] 2,3 3,2 5,3 6,1 3,5 Hőv. tényező [W/cmK] 1,5 5,0 0,5 1,3 20,0 Olv. pont [oc] Mohs keménység 9,5 10

11 Energy SiC nanokristályok modósítása NANOPARTICLE MOLECULE SiC BULK SOLID E g CB VB DE DE LUMO HOMO Módositott SiC DE

12 Cél Adalékolt SiC NC előállítása (módosítás elérése) Mo; V; NV - - nitrogén vakancia (intersticiális nitrogén + Si hiány); szilícium vakancia Felület módosítás Kolloid-stabilitás növelés Címkézés funkcionalizálás Ming-Qiang at al., J. Mater. Chem., 2007, 17, 800

szilícium vakancia Felület módosítás Kolloid-stabilitás növelés

13 SiC előállítása és jellemzése

14 Kiindulási állapot Balogh István SiC mikrokristályok előállítása indukciós kemencében (Si + C SiC) Köbös kristályszerkezet Gyors előállítás Elképzelhető a színcentrum bevitele Mikrokristályok könnyebben kezelhetőek

kristályszerkezet Gyors előállítás Elképzelhető a

15 mikrokristály nanokristály? J. Zhu, Z. Liu, X. L. Wu, L. L. Xu, W. C. Zhang, and P. K. Chu, Luminescent small-diameter 3C-SiC nanocrystals fabricated via a simple chemical etching method, Nanotechnology, vol. 18, no. 36, p , Sep SiC + HF + HNO 3 H 2 SiF 6 H 2 O + H 2 + CO C

: Nedves kémiai marás SiC HF + HNO 3 100 C SiC

16 Előállítás Jellemzés Si + C Indukciós kemence XRD Tisztítás Hőkezelés, marás raman SiC SiC NC 1.: Nedves kémiai marás SiC HF + HNO C SiC raman 2.: Ultrahangos rázás mintakészítés PL IR TEM XRD

17 A kutatás állása: pillanatnyi eredmények

Beke, Szekrényes et all: Characterization of luminescent silicon carbide nanocrystals prepared by reactive bonding and subsequent wet chemical etching.

18 Beke, Szekrényes et all: Characterization of luminescent silicon carbide nanocrystals prepared by reactive bonding and subsequent wet chemical etching. APL; Subm.: 2011, 09, 16, XRD Diffractogram Co Kα Köbös SiC Tiszta felület Átlagos átmérő: 5nm 2θ Maximális emisszió 360nm-es megvilágításnál Csúcsmaximum oldószerfüggő

$: 2011, 09, 16, XRD Diffractogram Co Kα Köbös SiC Tiszta felület Átlagos$

fogyás : 200mg/g Teljes kitermelés kb 1mg/100mg 350 400 450 500 550

19 EMISSZIÓ - hullámhossz (nm) CPS SiC NC etanol kolloid 405nm SiC NCs in EtOH Exc:360 nm CPS EMISSZIÓ - hullámhossz (nm) C= 0,5mg/ml SiC fogyás : 200mg/g Teljes kitermelés kb 1mg/100mg EMISSZIÓ - hullámhossz (nm) EMISSZIÓ - Hullámhossz (nm)

20 PL jel változása a centrifugálási idő függvényében Homogénebb méreteloszlás Folyamatábra: 1,5h Centrifugálási idő felülúszó 1,5h 8h alsó 3ml pellet Kisérlet a méretszeparációra centrifugális ülepítéssel. Cél a tömbi (10nm fölötti) kristályok eltávolítása 15h

1,5h 8h alsó 3ml pellet Kisérlet a méretszeparációra

21 Eredmény: méret szerinti szeparálás Polinorm. Illesztett görbék, A1-3 A4-hez normálva. * 822A1 822A2 822A3 822A4 A1: 1,5h pörgetés utáni (alsó 3mll) A2: 8h pörgetés pellet rázva A3: 8h pörgetés alsó 3 ml A4: 8h pörgetés felülúszója CPS tömbi SiC hullámhossz (nm) 1,5h 8h 15h 822A4 822A1 822A2 822A3 az 500nm fölött jelentkező csúcsok intenzitása az összehasonlíthatóság érdekében jelentősen meg lett növelve

22 CPS 822C1 822C2 822C3 C1: alsó 3 ml C2: felülúszó Nincs eltérés C3: pellett van mérhető jel: történt ülepedés tömbi SiC hullámhossz (nm) Célméret lassan vagy nem ülepíthető 9h< t centr. <24h 15h 822C2 822C1 822C3 az 500nm fölött jelentkező csúcsok intenzitása az összehasonlíthatóság érdekében jelentősen meg lett növelve

23 Beke, Szekrényes et al.; APL SiC NC Felületének Infravörös Spektroszkópiás vizsgálata (Szekrényes Zsolt) COO - és OH rezgések a felületen Adott a lehetőség a felületmódosításra (Részletes kiértékelés Szekrényes Zsolt későbbi beszámolójában)

24 Fő cél: Aktív centrum kialakítása Az intézetben rejló potenciál kihasználása Más SiC előállítási módszerek keresése Varga lajos: SiC NC előállítása reaktív őrléssel Adalékolási módszerek felkutatása

25 Kiegészítés: Pórusos marás Si-on

Hasonló dokumentumok

Lehet-e tökéletes nanotechnológiai eszközöket készíteni tökéletlen grafénból?

Lehet-e tökéletes nanotechnológiai eszközöket készíteni tökéletlen grafénból? Márk Géza, Vancsó Péter, Nemes-Incze Péter, Tapasztó Levente, Dobrik Gergely, Osváth Zoltán, Philippe Lamin, Chanyong Hwang,