Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήσαμε νανοσωματίδια Cu/Ni που συντέθηκαν σε πηγές μικροάνθρακα κατά τη συναπόθεση με ραδιοσυχνότητες και RF-PECVD, καθώς και εντοπισμένο συντονισμό πλασμονίου επιφανείας για ανίχνευση αερίου CO χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια Cu/Ni. Μορφολογία σωματιδίων. Η μορφολογία της επιφάνειας μελετήθηκε με ανάλυση τρισδιάστατων μικρογραφιών ατομικής δύναμης χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας εικόνας και φράκταλ/πολυκλασματικής ανάλυσης. Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό MountainsMap® Premium με αμφίδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και δοκιμή ελάχιστης σημαντικής διαφοράς. Οι επιφανειακές νανοδομές έχουν τοπική και παγκόσμια ειδική κατανομή. Τα πειραματικά και προσομοιωμένα φάσματα οπισθοσκέδασης Rutherford επιβεβαίωσαν την ποιότητα των νανοσωματιδίων. Τα πρόσφατα παρασκευασμένα δείγματα στη συνέχεια εκτέθηκαν σε μια καμινάδα διοξειδίου του άνθρακα και η χρήση τους ως αισθητήρας αερίου διερευνήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο εντοπισμού επιφανειακού συντονισμού πλασμονίου. Η προσθήκη ενός στρώματος νικελίου στην κορυφή του στρώματος χαλκού έδειξε ενδιαφέροντα αποτελέσματα τόσο από άποψη μορφολογίας όσο και από άποψη ανίχνευσης αερίου. Ο συνδυασμός προηγμένης στερεοφωνικής ανάλυσης τοπογραφίας επιφάνειας λεπτής μεμβράνης με φασματοσκοπία οπισθοσκέδασης Rutherford και φασματοσκοπική ανάλυση είναι μοναδικός σε αυτόν τον τομέα.
Η ταχεία ατμοσφαιρική ρύπανση τις τελευταίες δεκαετίες, ειδικά λόγω της ταχείας εκβιομηχάνισης, έχει ωθήσει τους ερευνητές να μάθουν περισσότερα για τη σημασία της ανίχνευσης αερίων. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια (NPs) έχουν αποδειχθεί πολλά υποσχόμενα υλικά για αισθητήρες αερίων1,2,3,4 ακόμη και σε σύγκριση με λεπτές μεταλλικές μεμβράνες ικανές για εντοπισμό επιφανειακού συντονισμού πλασμονίου (LSPR), η οποία είναι μια ουσία που αντηχεί με ισχυρά και έντονα περιορισμένα ηλεκτρομαγνητικά πεδία 5,6,7,8. Ως φθηνό, χαμηλής τοξικότητας και ευέλικτο μέταλλο μετάπτωσης, ο χαλκός θεωρείται σημαντικό στοιχείο από τους επιστήμονες και τη βιομηχανία, ειδικά τους κατασκευαστές αισθητήρων9. Από την άλλη πλευρά, οι καταλύτες μετάλλων μετάπτωσης νικελίου έχουν καλύτερη απόδοση από άλλους καταλύτες10. Η γνωστή εφαρμογή του Cu/Ni στη νανοκλίμακα τα καθιστά ακόμη πιο σημαντικά, ειδικά επειδή οι δομικές τους ιδιότητες δεν αλλάζουν μετά τη σύντηξη11,12.
Ενώ τα μεταλλικά νανοσωματίδια και οι διεπαφές τους με το διηλεκτρικό μέσο παρουσιάζουν σημαντικές αλλαγές στους εντοπισμένους επιφανειακούς συντονισμούς πλασμονίου, έχουν επομένως χρησιμοποιηθεί ως δομικά στοιχεία για την ανίχνευση αερίων13. Όταν το φάσμα απορρόφησης αλλάζει, αυτό σημαίνει ότι οι τρεις παράγοντες μήκους κύματος συντονισμού και/ή έντασης κορυφής απορρόφησης ή/και FWHM μπορούν να αλλάξουν κατά 1, 2, 3, 4. Σε επιφάνειες με νανοδομή, που σχετίζονται άμεσα με το μέγεθος των σωματιδίων, η τοπική επιφάνεια ο συντονισμός πλασμονίου σε νανοσωματίδια, αντί σε λεπτές μεμβράνες, είναι ένας αποτελεσματικός παράγοντας για την αναγνώριση μοριακών απορρόφηση14, όπως επίσης επισημάνθηκε από τους Ruiz et al. έδειξε τη σχέση μεταξύ των λεπτών σωματιδίων και της αποτελεσματικότητας ανίχνευσης15.
Όσον αφορά την οπτική ανίχνευση αερίου CO, ορισμένα σύνθετα υλικά όπως τα AuCo3O416, Au-CuO17 και Au-YSZ18 έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία. Μπορούμε να σκεφτούμε τον χρυσό ως ένα ευγενές μέταλλο συσσωματωμένο με οξείδια μετάλλων για την ανίχνευση μορίων αερίου που έχουν προσροφηθεί χημικά στην επιφάνεια του σύνθετου υλικού, αλλά το κύριο πρόβλημα με τους αισθητήρες είναι η αντίδρασή τους σε θερμοκρασία δωματίου, καθιστώντας τα απρόσιτα.
Τις τελευταίες δεκαετίες, η μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) έχει χρησιμοποιηθεί ως μια προηγμένη τεχνική για τον χαρακτηρισμό της τρισδιάστατης μικρομορφολογίας της επιφάνειας σε υψηλή ανάλυση νανοκλίμακα19,20,21,22. Επιπλέον, οι λειτουργίες στερεοφωνικής, φράκταλ/πολυκλασματικής ανάλυσης23,24,25,26, φασματικής πυκνότητας ισχύος (PSD)27 και Minkowski28 είναι εργαλεία τελευταίας τεχνολογίας για τον χαρακτηρισμό της τοπογραφίας επιφάνειας των λεπτών μεμβρανών.
Σε αυτή τη μελέτη, με βάση την τοπική απορρόφηση συντονισμού επιφανειακών πλασμονίων (LSPR), ίχνη ακετυλενίου (C2H2) Cu/Ni NP εναποτέθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου για χρήση ως αισθητήρες αερίου CO. Η φασματοσκοπία οπισθοσκέδασης Rutherford (RBS) χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση της σύνθεσης και της μορφολογίας από εικόνες AFM και οι τρισδιάστατοι τοπογραφικοί χάρτες υποβλήθηκαν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας το λογισμικό MountainsMap® Premium για τη μελέτη της ισοτροπίας της επιφάνειας και όλων των πρόσθετων μικρομορφολογικών παραμέτρων των μικρουφών της επιφάνειας. Από την άλλη πλευρά, καταδεικνύονται νέα επιστημονικά αποτελέσματα που μπορούν να εφαρμοστούν σε βιομηχανικές διεργασίες και παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον σε εφαρμογές ανίχνευσης χημικών αερίων (CO). Η βιβλιογραφία αναφέρει για πρώτη φορά τη σύνθεση, τον χαρακτηρισμό και την εφαρμογή αυτού του νανοσωματιδίου.
Μια λεπτή μεμβράνη από νανοσωματίδια Cu/Ni παρασκευάστηκε με ραδιοσυχνότητες και συναπόθεση RF-PECVD με τροφοδοτικό 13,56 MHz. Η μέθοδος βασίζεται σε έναν αντιδραστήρα με δύο ηλεκτρόδια διαφορετικών υλικών και μεγεθών. Το μικρότερο είναι μεταλλικό ως ενεργοποιημένο ηλεκτρόδιο και το μεγαλύτερο γειώνεται μέσω ενός θαλάμου από ανοξείδωτο χάλυβα σε απόσταση 5 cm το ένα από το άλλο. Τοποθετήστε το υπόστρωμα SiO 2 και τον στόχο Cu στον θάλαμο, στη συνέχεια εκκενώστε τον θάλαμο στα 103 N/m 2 ως πίεση βάσης σε θερμοκρασία δωματίου, εισάγετε αέριο ακετυλένιο στον θάλαμο και στη συνέχεια πιέστε μέχρι την πίεση περιβάλλοντος. Υπάρχουν δύο κύριοι λόγοι για τη χρήση του αερίου ακετυλενίου σε αυτό το βήμα: πρώτον, χρησιμεύει ως αέριο φορέας για την παραγωγή πλάσματος και, δεύτερον, για την παρασκευή νανοσωματιδίων σε ίχνη άνθρακα. Η διαδικασία εναπόθεσης πραγματοποιήθηκε για 30 λεπτά σε αρχική πίεση αερίου και ισχύ ραδιοσυχνοτήτων 3,5 N/m2 και 80 W, αντίστοιχα. Στη συνέχεια σπάστε το κενό και αλλάξτε τον στόχο σε Ni. Η διαδικασία εναπόθεσης επαναλήφθηκε σε αρχική πίεση αερίου και ισχύ ραδιοσυχνοτήτων 2,5 N/m2 και 150 W, αντίστοιχα. Τέλος, τα νανοσωματίδια χαλκού και νικελίου που εναποτίθενται σε ατμόσφαιρα ακετυλενίου σχηματίζουν νανοδομές χαλκού/νικελίου. Δείτε τον Πίνακα 1 για προετοιμασία δειγμάτων και αναγνωριστικά.
Οι τρισδιάστατες εικόνες των πρόσφατα παρασκευασμένων δειγμάτων καταγράφηκαν σε μια τετράγωνη περιοχή σάρωσης 1 μm × 1 μm χρησιμοποιώντας ένα νανομετρικό πολυτροπικό μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (Digital Instruments, Santa Barbara, CA) σε λειτουργία χωρίς επαφή με ταχύτητα σάρωσης 10–20 μm/min . Με. Το λογισμικό MountainsMap® Premium χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία των τρισδιάστατων τοπογραφικών χαρτών AFM. Σύμφωνα με το ISO 25178-2:2012 29,30,31, τεκμηριώνονται και συζητούνται διάφορες μορφολογικές παράμετροι, ορίζονται ύψος, πυρήνας, όγκος, χαρακτήρας, λειτουργία, χώρος και συνδυασμός.
Το πάχος και η σύσταση των πρόσφατα παρασκευασμένων δειγμάτων υπολογίστηκαν με βάση την τάξη MeV χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία οπισθοσκέδασης υψηλής ενέργειας Rutherford (RBS). Στην περίπτωση ανίχνευσης αερίου, χρησιμοποιήθηκε φασματοσκοπία LSPR χρησιμοποιώντας φασματόμετρο UV-Vis στο εύρος μήκους κύματος από 350 έως 850 nm, ενώ ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα ήταν σε κλειστή κυψελίδα από ανοξείδωτο χάλυβα με διάμετρο 5,2 cm και ύψος 13,8 cm. με καθαρότητα 99,9 % παροχή αερίου CO (σύμφωνα με την Arian Gas Co. IRSQ στάνταρ, 1,6 έως 16 l/h για 180 δευτερόλεπτα και 600 δευτερόλεπτα). Αυτό το βήμα πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασία δωματίου, υγρασία περιβάλλοντος 19% και απαγωγέα καπνού.
Η φασματοσκοπία οπισθοσκέδασης Rutherford ως τεχνική σκέδασης ιόντων θα χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση της σύνθεσης των λεπτών υμενίων. Αυτή η μοναδική μέθοδος επιτρέπει την ποσοτικοποίηση χωρίς τη χρήση προτύπου αναφοράς. Η ανάλυση RBS μετρά υψηλές ενέργειες (ιόντα He2+, δηλαδή σωματίδια άλφα) της τάξης του MeV στο δείγμα και ιόντα He2+ οπισθοσκεδασμένα σε μια δεδομένη γωνία. Ο κώδικας SIMNRA είναι χρήσιμος στη μοντελοποίηση ευθειών γραμμών και καμπυλών και η αντιστοιχία του με τα πειραματικά φάσματα RBS δείχνει την ποιότητα των παρασκευασμένων δειγμάτων. Το φάσμα RBS του δείγματος Cu/Ni NP φαίνεται στο Σχήμα 1, όπου η κόκκινη γραμμή είναι το πειραματικό φάσμα RBS και η μπλε γραμμή είναι η προσομοίωση του προγράμματος SIMNRA, μπορεί να φανεί ότι οι δύο φασματικές γραμμές είναι σε καλή κατάσταση συμφωνία. Μια προσπίπτουσα δέσμη με ενέργεια 1985 keV χρησιμοποιήθηκε για την αναγνώριση των στοιχείων στο δείγμα. Το πάχος του ανώτερου στρώματος είναι περίπου 40 1E15Atom/cm2 που περιέχει 86% Ni, 0,10% O2, 0,02% C και 0,02% Fe. Ο Fe σχετίζεται με ακαθαρσίες στον στόχο Ni κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης. Οι κορυφές του υποκείμενου Cu και Ni είναι ορατές στα 1500 keV, αντίστοιχα, και οι κορυφές των C και O2 στα 426 keV και 582 keV, αντίστοιχα. Τα βήματα Na, Si και Fe είναι 870 keV, 983 keV, 1340 keV και 1823 keV, αντίστοιχα.
Τετράγωνες τρισδιάστατες τοπογραφικές εικόνες AFM επιφανειών φιλμ Cu και Cu/Ni NP φαίνονται στα Σχ. 2. Επιπλέον, η 2D τοπογραφία που παρουσιάζεται σε κάθε σχήμα δείχνει ότι τα NPs που παρατηρούνται στην επιφάνεια του φιλμ συνενώνονται σε σφαιρικά σχήματα και αυτή η μορφολογία είναι παρόμοια με αυτή που περιγράφεται από τους Godselahi και Armand32 και Armand et al.33. Ωστόσο, τα NP Cu μας δεν συσσωματώθηκαν και το δείγμα που περιείχε μόνο Cu έδειξε μια σημαντικά πιο λεία επιφάνεια με λεπτότερες κορυφές από τις πιο τραχιές (Εικ. 2α). Αντίθετα, οι ανοιχτές κορυφές στα δείγματα CuNi15 και CuNi20 έχουν εμφανές σφαιρικό σχήμα και υψηλότερη ένταση, όπως φαίνεται από την αναλογία ύψους στα Σχ. 2α και β. Η φαινομενική αλλαγή στη μορφολογία του φιλμ δείχνει ότι η επιφάνεια έχει διαφορετικές τοπογραφικές χωρικές δομές, οι οποίες επηρεάζονται από τον χρόνο εναπόθεσης νικελίου.
Εικόνες AFM λεπτών μεμβρανών Cu (a), CuNi15 (b) και CuNi20 (c). Σε κάθε εικόνα είναι ενσωματωμένοι κατάλληλοι 2D χάρτες, υψομετρικές κατανομές και καμπύλες Abbott Firestone.
Το μέσο μέγεθος κόκκου των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε από το ιστόγραμμα κατανομής διαμέτρου που λήφθηκε με τη μέτρηση 100 νανοσωματιδίων χρησιμοποιώντας μια προσαρμογή Gauss όπως φαίνεται στο ΣΧ. Μπορεί να φανεί ότι το Cu και το CuNi15 έχουν τα ίδια μέσα μεγέθη κόκκων (27,7 και 28,8 nm), ενώ το CuNi20 έχει μικρότερους κόκκους (23,2 nm), που είναι κοντά στην τιμή που αναφέρεται από τους Godselahi et al. 34 (περίπου 24 nm). Στα διμεταλλικά συστήματα, οι κορυφές του εντοπισμένου επιφανειακού συντονισμού πλασμονίου μπορεί να μετατοπιστούν με μια αλλαγή στο μέγεθος των κόκκων35. Από αυτή την άποψη, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ένας μεγάλος χρόνος εναπόθεσης Ni επηρεάζει τις επιφανειακές πλασμονικές ιδιότητες των λεπτών μεμβρανών Cu/Ni του συστήματός μας.
Κατανομή μεγέθους σωματιδίων λεπτών μεμβρανών (α) Cu, (β) CuNi15 και (γ) CuNi20 που λαμβάνονται από τοπογραφία AFM.
Η μαζική μορφολογία παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη χωρική διαμόρφωση των τοπογραφικών δομών σε λεπτά φιλμ. Ο Πίνακας 2 παραθέτει τις τοπογραφικές παραμέτρους με βάση το ύψος που σχετίζονται με τον χάρτη AFM, οι οποίες μπορούν να περιγραφούν με χρονικές τιμές μέσης τραχύτητας (Sa), λοξότητας (Ssk) και κύρτωσης (Sku). Οι τιμές Sa είναι 1,12 (Cu), 3,17 (CuNi15) και 5,34 nm (CuNi20), αντίστοιχα, επιβεβαιώνοντας ότι τα φιλμ γίνονται πιο τραχιά με την αύξηση του χρόνου εναπόθεσης Ni. Αυτές οι τιμές είναι συγκρίσιμες με εκείνες που αναφέρθηκαν προηγουμένως από τους Arman et al.33 (1–4 nm), Godselahi et al.34 (1–1,05 nm) και Zelu et al.36 (1,91–6,32 nm), όπου παρόμοιο Η εκτόξευση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους για την εναπόθεση μεμβρανών Cu/Ni NPs. Ωστόσο, οι Ghosh et al.37 κατέθεσαν πολυστιβάδες Cu/Ni με ηλεκτροαπόθεση και ανέφεραν υψηλότερες τιμές τραχύτητας, προφανώς στην περιοχή από 13,8 έως 36 nm. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι διαφορές στην κινητική του σχηματισμού επιφανειών με διαφορετικές μεθόδους εναπόθεσης μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό επιφανειών με διαφορετικά χωρικά μοτίβα. Ωστόσο, μπορεί να φανεί ότι η μέθοδος RF-PECVD είναι αποτελεσματική για τη λήψη μεμβρανών Cu/Ni NPs με τραχύτητα όχι μεγαλύτερη από 6,32 nm.
Όσον αφορά το προφίλ ύψους, οι στατιστικές ροπές υψηλότερης τάξης Ssk και Sku σχετίζονται με την ασυμμετρία και την κανονικότητα της κατανομής ύψους, αντίστοιχα. Όλες οι τιμές Ssk είναι θετικές (Ssk > 0), υποδεικνύοντας μια μακρύτερη δεξιά ουρά38, η οποία μπορεί να επιβεβαιωθεί από το διάγραμμα κατανομής ύψους στο ένθετο 2. Επιπλέον, όλα τα προφίλ ύψους κυριαρχούνταν από μια απότομη κορυφή 39 (Sku > 3) , δείχνοντας ότι η καμπύλη Η κατανομή ύψους είναι λιγότερο επίπεδη από την καμπύλη Gaussian bell. Η κόκκινη γραμμή στο διάγραμμα κατανομής ύψους είναι η καμπύλη Abbott-Firestone 40, μια κατάλληλη στατιστική μέθοδος για την αξιολόγηση της κανονικής κατανομής των δεδομένων. Αυτή η γραμμή λαμβάνεται από το αθροιστικό άθροισμα στο ιστόγραμμα ύψους, όπου η υψηλότερη κορυφή και το βαθύτερο κατώτατο σημείο σχετίζονται με τις ελάχιστες (0%) και τις μέγιστες (100%) τιμές τους. Αυτές οι καμπύλες Abbott-Firestone έχουν ομαλό σχήμα S στον άξονα y και σε όλες τις περιπτώσεις δείχνουν μια προοδευτική αύξηση στο ποσοστό του υλικού που διασχίζεται στην καλυμμένη περιοχή, ξεκινώντας από την πιο τραχιά και πιο έντονη κορυφή. Αυτό επιβεβαιώνει τη χωρική δομή της επιφάνειας, η οποία επηρεάζεται κυρίως από τον χρόνο εναπόθεσης νικελίου.
Ο Πίνακας 3 παραθέτει τις συγκεκριμένες παραμέτρους μορφολογίας ISO που σχετίζονται με κάθε επιφάνεια που λαμβάνεται από τις εικόνες AFM. Είναι ευρέως γνωστό ότι ο λόγος επιφάνειας προς υλικό (Smr) και ο λόγος μετρητή επιφάνειας προς υλικό (Smc) είναι λειτουργικές παράμετροι επιφάνειας29. Για παράδειγμα, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η περιοχή πάνω από το διάμεσο επίπεδο της επιφάνειας είναι πλήρως κορυφωμένη σε όλα τα φιλμ (Smr = 100%). Ωστόσο, οι τιμές του Smr λαμβάνονται από διαφορετικά ύψη του συντελεστή φέρουσας περιοχής του εδάφους41, αφού η παράμετρος Smc είναι γνωστή. Η συμπεριφορά του Smc εξηγείται από την αύξηση της τραχύτητας από Cu → CuNi20, όπου μπορεί να φανεί ότι η υψηλότερη τιμή τραχύτητας που λαμβάνεται για το CuNi20 δίνει Smc ~ 13 nm, ενώ η τιμή για Cu είναι περίπου 8 nm.
Οι παράμετροι ανάμειξης RMS gradient (Sdq) και αναπτυγμένος λόγος επιφάνειας διεπαφής (Sdr) είναι παράμετροι που σχετίζονται με την επιπεδότητα και την πολυπλοκότητα της υφής. Από Cu → CuNi20, οι τιμές Sdq κυμαίνονται από 7 έως 21, υποδεικνύοντας ότι οι τοπογραφικές ανωμαλίες στα φιλμ αυξάνονται όταν το στρώμα Ni εναποτίθεται για 20 λεπτά. Πρέπει να σημειωθεί ότι η επιφάνεια του CuNi20 δεν είναι τόσο επίπεδη όσο αυτή του Cu. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η τιμή της παραμέτρου Sdr, που σχετίζεται με την πολυπλοκότητα της μικρουφής της επιφάνειας, αυξάνεται από Cu → CuNi20. Σύμφωνα με μια μελέτη των Kamble et al.42, η πολυπλοκότητα της μικρουφής της επιφάνειας αυξάνεται με την αύξηση του Sdr, υποδεικνύοντας ότι το CuNi20 (Sdr = 945%) έχει πιο πολύπλοκη μικροδομή επιφάνειας σε σύγκριση με τα φιλμ Cu (Sdr = 229%). . Στην πραγματικότητα, η αλλαγή στη μικροσκοπική πολυπλοκότητα της υφής παίζει βασικό ρόλο στην κατανομή και το σχήμα των ακατέργαστων κορυφών, κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί από τις χαρακτηριστικές παραμέτρους της πυκνότητας κορυφής (Spd) και της αριθμητικής μέσης καμπυλότητας κορυφής (Spc). Από αυτή την άποψη, το Spd αυξάνεται από Cu → CuNi20, υποδεικνύοντας ότι οι κορυφές είναι πιο πυκνά οργανωμένες με αυξανόμενο πάχος στρώσης Ni. Επιπλέον, η Spc αυξάνεται επίσης από Cu→CuNi20, υποδεικνύοντας ότι το σχήμα κορυφής της επιφάνειας του δείγματος Cu είναι πιο στρογγυλεμένο (Spc = 612), ενώ αυτό του CuNi20 είναι πιο αιχμηρό (Spc = 925).
Το τραχύ προφίλ κάθε φιλμ δείχνει επίσης διακριτά χωρικά μοτίβα στις περιοχές κορυφής, πυρήνα και κοιλότητας της επιφάνειας. Το ύψος του πυρήνα (Sk), η φθίνουσα κορυφή (Spk) (πάνω από τον πυρήνα) και το κατώτατο σημείο (Svk) (κάτω από τον πυρήνα)31,43 είναι παράμετροι που μετρώνται κάθετα στο επίπεδο επιφάνειας30 και αυξάνονται από Cu → CuNi20 λόγω τραχύτητα επιφάνειας Σημαντική αύξηση . Ομοίως, το υλικό κορυφής (Vmp), το υλικό πυρήνα (Vmc), το κενό κενό (Vvv) και ο όγκος του κενού πυρήνα (Vvc)31 εμφανίζουν την ίδια τάση με όλες τις τιμές που αυξάνονται από Cu → CuNi20. Αυτή η συμπεριφορά δείχνει ότι η επιφάνεια CuNi20 μπορεί να χωρέσει περισσότερο υγρό από άλλα δείγματα, κάτι που είναι θετικό, υποδηλώνοντας ότι αυτή η επιφάνεια είναι πιο εύκολο να λερωθεί44. Ως εκ τούτου, πρέπει να σημειωθεί ότι καθώς το πάχος του στρώματος νικελίου αυξάνεται από CuNi15 → CuNi20, οι αλλαγές στο τοπογραφικό προφίλ υστερούν σε σχέση με τις αλλαγές σε μορφολογικές παραμέτρους υψηλότερης τάξης, επηρεάζοντας τη μικρουφή της επιφάνειας και το χωρικό μοτίβο του φιλμ.
Μια ποιοτική αξιολόγηση της μικροσκοπικής υφής της επιφάνειας του φιλμ λήφθηκε με την κατασκευή ενός τοπογραφικού χάρτη AFM χρησιμοποιώντας το εμπορικό λογισμικό MountainsMap45. Η απόδοση φαίνεται στο Σχήμα 4, που δείχνει μια αντιπροσωπευτική αυλάκωση και ένα πολικό οικόπεδο ως προς την επιφάνεια. Ο Πίνακας 4 παραθέτει τις επιλογές υποδοχής και χώρου. Οι εικόνες των αυλακώσεων δείχνουν ότι στο δείγμα κυριαρχεί ένα παρόμοιο σύστημα καναλιών με έντονη ομοιογένεια των αυλακώσεων. Ωστόσο, οι παράμετροι τόσο για το μέγιστο βάθος αύλακας (MDF) όσο και για το μέσο βάθος αύλακας (MDEF) αυξάνονται από Cu σε CuNi20, επιβεβαιώνοντας προηγούμενες παρατηρήσεις σχετικά με το δυναμικό λιπαντικότητας του CuNi20. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα δείγματα Cu (Εικ. 4a) και CuNi15 (Εικ. 4β) έχουν σχεδόν τις ίδιες χρωματικές κλίμακες, γεγονός που δείχνει ότι η μικρουφή της επιφάνειας του φιλμ Cu δεν υπέστη σημαντικές αλλαγές μετά την απόθεση του φιλμ Ni για 15 ελάχ. Αντίθετα, το δείγμα CuNi20 (Εικ. 4γ) εμφανίζει ρυτίδες με διαφορετικές κλίμακες χρώματος, κάτι που σχετίζεται με τις υψηλότερες τιμές MDF και MDEF.
Αυλάκια και ισοτροπία επιφάνειας μικρουφών μεμβρανών Cu (a), CuNi15 (b) και CuNi20 (c).
Το πολικό διάγραμμα στο σχ. Το 4 δείχνει επίσης ότι η μικρουφή της επιφάνειας είναι διαφορετική. Είναι αξιοσημείωτο ότι η εναπόθεση ενός στρώματος Ni αλλάζει σημαντικά το χωρικό μοτίβο. Η υπολογιζόμενη μικρουφή ισοτροπία των δειγμάτων ήταν 48% (Cu), 80% (CuNi15) και 81% (CuNi20). Μπορεί να φανεί ότι η εναπόθεση της στιβάδας Ni συμβάλλει στο σχηματισμό μιας πιο ισότροπης μικρουφής, ενώ η μεμβράνη Cu μονής στιβάδας έχει μια πιο ανισότροπη επιφανειακή μικρουφή. Επιπλέον, οι κυρίαρχες χωρικές συχνότητες των CuNi15 και CuNi20 είναι χαμηλότερες λόγω των μεγάλων μηκών αυτοσυσχέτισης (Sal)44 σε σύγκριση με τα δείγματα Cu. Αυτό συνδυάζεται επίσης με τον παρόμοιο προσανατολισμό των κόκκων που παρουσιάζουν αυτά τα δείγματα (Std = 2,5° και Std = 3,5°), ενώ καταγράφηκε πολύ μεγάλη τιμή για το δείγμα Cu (Std = 121°). Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, όλα τα φιλμ παρουσιάζουν μεγάλες χωρικές παραλλαγές λόγω διαφορετικής μορφολογίας, τοπογραφικών προφίλ και τραχύτητας. Έτσι, αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι ο χρόνος εναπόθεσης του στρώματος Ni παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό διμεταλλικών διασκορπισμένων επιφανειών CuNi.
Για να μελετηθεί η συμπεριφορά LSPR των Cu/Ni NPs στον αέρα σε θερμοκρασία δωματίου και σε διαφορετικές ροές αερίων CO, εφαρμόστηκαν φάσματα απορρόφησης UV-Vis στην περιοχή μήκους κύματος 350–800 nm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5 για CuNi15 και CuNi20. Με την εισαγωγή διαφορετικών πυκνοτήτων ροής αερίου CO, η πραγματική κορυφή LSPR CuNi15 θα γίνει ευρύτερη, η απορρόφηση θα είναι ισχυρότερη και η κορυφή θα μετατοπιστεί (μετατόπιση προς το κόκκινο) σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, από 597,5 nm στη ροή αέρα σε 16 L/h 606,0 nm. Ροή CO για 180 δευτερόλεπτα, 606,5 nm, ροή CO 16 l/h για 600 δευτερόλεπτα. Από την άλλη πλευρά, το CuNi20 παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά, επομένως μια αύξηση στη ροή αερίου CO έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της θέσης μήκους κύματος κορυφής LSPR (μπλε μετατόπιση) από 600,0 nm στη ροή αέρα σε 589,5 nm στα 16 l/h ροή CO για 180 s . 16 l/h ροή CO για 600 δευτερόλεπτα στα 589,1 nm. Όπως και με το CuNi15, μπορούμε να δούμε μια ευρύτερη κορυφή και αυξημένη ένταση απορρόφησης για το CuNi20. Μπορεί να υπολογιστεί ότι με την αύξηση του πάχους του στρώματος Ni στο Cu, καθώς και με την αύξηση του μεγέθους και του αριθμού των νανοσωματιδίων CuNi20 αντί του CuNi15, τα σωματίδια Cu και Ni πλησιάζουν το ένα το άλλο, το πλάτος των ηλεκτρονικών ταλαντώσεων αυξάνεται. , και, κατά συνέπεια, αυξάνεται η συχνότητα. που σημαίνει: το μήκος κύματος μειώνεται, εμφανίζεται μια μπλε μετατόπιση.
Ώρα ανάρτησης: 16 Αυγούστου 2023