Tác động của chiếu xạ điện tử lên các hạt nano Ag

Journal of Materials Science - Tập 56 - Trang 8202-8208 - 2021
Bárbara Konrad1,2, Zacarias E. Fabrim1, Mariana M. Timm3,4, Paulo F. P. Fichtner1,2,3,5
1Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, Brazil
2Programa de Pós-Graduação em Microeletrônica, UFRGS, Porto Alegre, Brazil
3Programa de Pós-Graduação em Física, Porto Alegre, Brazil
4INSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR5510, Villeurbanne, France
5Escola de Engenharia, UFRGS, Porto Alegre, Brazil

Tóm tắt

Tác động của chiếu xạ điện tử tại chỗ lên hình dạng và kích thước của các hạt nano Ag hình đĩa nhúng trong các màng tự đứng silicon nitride dày khoảng 70 nm được nghiên cứu như một hàm của năng lượng chùm tia (120, 160 và 200 keV) và độ chiếu xạ sử dụng kính hiển vi điện tử truyền thống. Các quá trình chiếu xạ được thực hiện ở nhiệt độ phòng và gây ra sự hình thành nhanh chóng các cấu trúc hình cầu từ những hình dạng đĩa ban đầu. Sự phun ưu tiên các nguyên tử N và Si khiến các hạt nano Ag tiếp xúc với môi trường chân không. Tại thời điểm này, sự phun các nguyên tử Ag gây ra sự giảm kích thước với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào kích thước của hạt nano và năng lượng chùm tia. Điều này được mô hình hóa với sự xem xét ảnh hưởng của việc liên kết bề mặt phụ thuộc vào kích thước của các nguyên tử Ag trong quá trình phun. Các kết quả được so sánh với các mô hình trong tài liệu về năng lượng liên kết phụ thuộc vào kích thước. Các thí nghiệm của chúng tôi tiết lộ một cách mới để thay đổi kích thước và hình dạng cũng như kiểm tra các tính chất phụ thuộc vào kích thước của các đối tượng nano không ổn định nhiệt.

Từ khóa

#hạt nano Ag #chiếu xạ điện tử #cấu trúc hình đĩa #silicon nitride #kích thước phụ thuộc vào hình dạng

Tài liệu tham khảo

Aikens CM (2011) Electronic structure of ligand-passivated gold and silver nanoclusters. J Phys Chem Lett 2(2):99–104 Häkkinen H (2008) Atomic and electronic structure of gold clusters: understanding flakes, cages and superatoms from simple concepts. Chem Soc Rev 37(9):1847–1859 Ruffino F, Grimaldi M, Giannazzo F, Roccaforte F, Raineri V (2006a) Nanoscale voltage tunable tunnel rectifier by gold nanostructures embedded in si o 2. Appl Phys Lett 89(26):263108 Ruffino F, Grimaldi M, Giannazzo F, Roccaforte F, Raineri V (2006b) Size-dependent schottky barrier height in self-assembled gold nanoparticles. Appl Phys Lett 89(24):243113 Kelly KL, Coronado E, Zhao LL, Schatz GC (2003) The optical properties of metal nanoparticles: the influence of size, shape, and dielectric environment. ACS Publications, Washington Willets KA, Van Duyne RP (2007) Localized surface plasmon resonance spectroscopy and sensing. Annu Rev Phys Chem 58:267–297 Pawlow P (1909) The dependency of the melting point on the surface energy of a solid body. Z phys Chem 65(5):545–548 Mei Q, Lu K (2007) Melting and superheating of crystalline solids: from bulk to nanocrystals. Progress Mater Sci 52(8):1175–1262. https://doi.org/10.1016/J.PMATSCI.2007.01.001 Guenther G, Guillon O (2014) Models of size-dependent nanoparticle melting tested on gold. J Mater Sci 49(23):7915–7932. https://doi.org/10.1007/s10853-014-8544-1 Xue YQ, Zhao MZ, Lai WP (2013) Size-dependent phase transition temperatures of dispersed systems. Phys B: Condens Matter 408:134–139 Nanda K (2009) Size-dependent melting of nanoparticles: hundred years of thermodynamic model. Pramana 72(4):617–628 Nanda KK (2012) Liquid-drop model for the surface energy of nanoparticles. Phys Lett A 376(19):1647–1649 Luce FP, Kremer F, Reboh S, Fabrim ZE, Sanchez DF, Zawislak FC, Fichtner PFP (2011) Aging effects on the nucleation of pb nanoparticles in silica. J Appl Phys 109(1):014320 Guinea F, Rose JH, Smith JR, Ferrante J (1984) Scaling relations in the equation of state, thermal expansion, and melting of metals. Appl Phys Lett 44(1):53–55 Kaptay G, Csicsovszki G, Yaghmaee MS (2003) An absolute scale for the cohesion energy of pure metals. Mater Sci Forum, Trans Tech Publ 414:235–240 Nanda K, Sahu S, Behera S (2002) Liquid-drop model for the size-dependent melting of low-dimensional systems. Phys Rev A 66(1):013208 Qi W, Wang M (2002) Size effect on the cohesive energy of nanoparticle. J Mater Sci Lett 21(22):1743–1745. https://doi.org/10.1023/A:1020904317133 Qu YD, Liang XL, Kong XQ, Zhang WJ (2017) Size-dependent cohesive energy, melting temperature, and Debye temperature of spherical metallic nanoparticles. Phys Metals Metallogr 118(6):528–534. https://doi.org/10.1134/S0031918X17060102 Yu X, Zhan Z (2014) The effects of the size of nanocrystalline materials on their thermodynamic and mechanical properties. Nanoscale Res Lett 9(1):1–6. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-516 Shandiz MA (2008) Effective coordination number model for the size dependency of physical properties of nanocrystals. J Phys: Condensed Matter 20(32):325237 Chmielewski A, Nelayah J, Amara H, Creuze J, Alloyeau D, Wang G, Ricolleau C (2018) Direct measurement of the surface energy of bimetallic nanoparticles: evidence of vegard’s rulelike dependence. Phys Rev Lett 120(2):025901 Asoro MA, Kovar D, Ferreira PJ (2013) In situ transmission electron microscopy observations of sublimation in silver nanoparticles. ACS Nano 7(9):7844–7852. https://doi.org/10.1021/nn402771j Nanda K, Maisels A, Kruis F, Fissan H, Stappert S (2003) Higher surface energy of free nanoparticles. Phys Rev Lett 91(10):106102 Lu H, Jiang Q (2004) Comment on “higher surface energy of free nanoparticles”. Phys Rev Lett 92(17):179601 Li K, Zhang FS (2010) A novel approach for preparing silver nanoparticles under electron beam irradiation. J Nanop Res 12(4):1423–1428 Gu H, Li G, Liu C, Yuan F, Han F, Zhang L, Wu S (2017) Considerable knock-on displacement of metal atoms under a low energy electron beam. Sci Rep 7(1):1–10 Luce FP, Oliviero E, Azevedo GdM, Baptista DL, Zawislak F, Fichtner P (2016) In-situ transmission electron microscopy growth of nanoparticles under extreme conditions. J Appl Phys 119(3):035901 Timm MM, Fabrim ZE, Marin C, Baptista DL, Fichtner PF (2017) Electron irradiation effects on the nucleation and growth of Au nanoparticles in silicon nitride membranes. J Appl Phys 122(16):165301. https://doi.org/10.1063/1.4998734 Egerton RF, McLeod R, Wang F, Malac M (2010) Basic questions related to electron-induced sputtering in the TEM. Ultramicroscopy 110(8):991–997. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2009.11.003 Ziegler JF, Ziegler MD, Biersack JP (2010) Srim-the stopping and range of ions in matter. Nucl Instrum Method Phys Res Sect B: Beam Interact Mater Atoms 268(11–12):1818–1823 Egerton R, Li P, Malac M (2004) Radiation damage in the tem and sem. Micron 35(6):399–409 Liu LC, Risbud SH (1994) Real-time hot-stage high-voltage transmission electron microscopy precipitation of CdS nanocrystals in glasses: Experiment and theoretical analysis. J Appl Phys 76(8):4576–4580. https://doi.org/10.1063/1.357291 Kohl H, Reimer L (2008) Transmission electron microscopy: physics of image formation. Springer, NY Nanda KK (2005) Bulk cohesive energy and surface tension from the size-dependent evaporation study of nanoparticles. Appl Phys Lett 87(2):43–46. https://doi.org/10.1063/1.1994958 Bradley C, Zaluzec N (1989) Atomic sputtering in the analytical electron microscope. Ultramicroscopy 28(1–4):335–338 Kittel C, McEuen P, McEuen P (1996) Introduction to solid state physics, vol 8. Wiley, New York