ในการศึกษานี้ เราตรวจสอบอนุภาคนาโน Cu/Ni ที่สังเคราะห์ในแหล่งไมโครคาร์บอนในระหว่างการสะสมร่วมโดย RF สปัตเตอร์และ RF-PECVD รวมถึงการเรโซแนนซ์พลาสโมนพื้นผิวที่มีการแปลสำหรับการตรวจจับก๊าซ CO โดยใช้อนุภาคนาโน Cu/Ni สัณฐานวิทยาของอนุภาค การศึกษาสัณฐานวิทยาของพื้นผิวโดยการวิเคราะห์ไมโครกราฟแรงอะตอม 3 มิติโดยใช้การประมวลผลภาพและเทคนิคการวิเคราะห์เศษส่วน/หลายแฟร็กทัล การวิเคราะห์ทางสถิติดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ MountainsMap® Premium พร้อมการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) แบบสองทางและการทดสอบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด โครงสร้างนาโนของพื้นผิวมีการกระจายเฉพาะในระดับท้องถิ่นและระดับโลก สเปกตรัมการกระเจิงกลับของ Rutherford ที่ทดลองและจำลองได้ยืนยันคุณภาพของอนุภาคนาโน จากนั้น ตัวอย่างที่เตรียมไว้ใหม่จะถูกสัมผัสกับปล่องก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และตรวจสอบการใช้งานของพวกมันเป็นเซ็นเซอร์ก๊าซโดยใช้วิธีการเรโซแนนซ์พลาสโมนบนพื้นผิวเฉพาะที่ การเพิ่มชั้นนิกเกิลที่ด้านบนของชั้นทองแดงแสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจทั้งในแง่ของสัณฐานวิทยาและการตรวจจับก๊าซ การผสมผสานระหว่างการวิเคราะห์สเตอริโอขั้นสูงของภูมิประเทศพื้นผิวฟิล์มบางกับ Rutherford backscattering spectroscopy และการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะในสาขานี้
มลพิษทางอากาศอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการเร่งพัฒนาทางอุตสาหกรรม ทำให้นักวิจัยได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความสำคัญของการตรวจจับก๊าซ อนุภาคนาโนของโลหะ (NPs) ได้รับการแสดงให้เห็นว่าเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับเซ็นเซอร์ก๊าซ1,2,3,4 แม้ว่าเมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มโลหะบางที่มีความสามารถในการเรโซแนนซ์พลาสมอนเรโซแนนซ์พื้นผิว (LSPR) เฉพาะที่ ซึ่งเป็นสารที่สะท้อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งและจำกัดอย่างมาก ฟิลด์5,6,7,8. เนื่องจากเป็นโลหะทรานซิชันที่มีราคาไม่แพง เป็นพิษต่ำ และใช้งานได้หลากหลาย ทองแดงถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญโดยนักวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม โดยเฉพาะผู้ผลิตเซ็นเซอร์9 ในทางกลับกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะทรานซิชันนิกเกิลทำงานได้ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ10 การใช้ Cu/Ni ที่รู้จักกันดีในระดับนาโนทำให้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากคุณสมบัติทางโครงสร้างของพวกมันไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการหลอมรวม
ในขณะที่อนุภาคนาโนของโลหะและการเชื่อมต่อกับสื่ออิเล็กทริกแสดงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการเรโซแนนซ์พลาสโมนพื้นผิวที่มีการแปล พวกมันจึงถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับการตรวจจับก๊าซ เมื่อสเปกตรัมการดูดกลืนแสงเปลี่ยนแปลง หมายความว่าปัจจัยสามประการของความยาวคลื่นเรโซแนนซ์และ/หรือความเข้มสูงสุดของการดูดกลืนแสง และ/หรือ FWHM สามารถเปลี่ยนแปลงได้ 1, 2, 3, 4 บนพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโน ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาดอนุภาค พื้นผิวที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น เสียงสะท้อนของพลาสมอนในอนุภาคนาโนมากกว่าในฟิล์มบาง เป็นปัจจัยที่มีประสิทธิภาพในการระบุการดูดซับของโมเลกุล ดังที่ Ruiz และคณะ ชี้ให้เห็นด้วย แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคละเอียดและประสิทธิภาพการตรวจจับ15
เกี่ยวกับการตรวจจับด้วยแสงของก๊าซ CO มีการรายงานวัสดุคอมโพสิตบางชนิดเช่น AuCo3O416, Au-CuO17 และ Au-YSZ18 ในวรรณคดี เรามองทองคำว่าเป็นโลหะมีตระกูลที่รวมตัวกับโลหะออกไซด์เพื่อตรวจจับโมเลกุลของก๊าซที่ถูกดูดซับทางเคมีบนพื้นผิวของคอมโพสิต แต่ปัญหาหลักของเซ็นเซอร์คือปฏิกิริยาของพวกมันที่อุณหภูมิห้อง ทำให้ไม่สามารถเข้าถึงได้
ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม (AFM) ถูกนำมาใช้เป็นเทคนิคขั้นสูงเพื่อระบุลักษณะจุลสัณฐานวิทยาพื้นผิวสามมิติที่ความละเอียดระดับนาโนสูง นอกจากนี้ ฟังก์ชันสเตอริโอ แฟร็กทัล/มัลติแฟร็กทัล23,24,25,26, ความหนาแน่นของสเปกตรัมกำลัง (PSD)27 และฟังก์ชัน Minkowski28 เป็นเครื่องมือที่ล้ำสมัยสำหรับการกำหนดลักษณะพื้นผิวของฟิล์มบาง
ในการศึกษานี้ ตามการดูดซับของพลาสมอนเรโซแนนซ์พื้นผิว (LSPR) เฉพาะจุด ร่องรอยของอะเซทิลีน (C2H2) Cu/Ni NP ถูกสะสมไว้ที่อุณหภูมิห้องเพื่อใช้เป็นเซ็นเซอร์ก๊าซ CO Rutherford backscatter spectroscopy (RBS) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบและสัณฐานวิทยาจากภาพ AFM และแผนที่ภูมิประเทศ 3 มิติได้รับการประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์ MountainsMap® Premium เพื่อศึกษาไอโซโทรปีของพื้นผิวและพารามิเตอร์ทางจุลสัณฐานวิทยาเพิ่มเติมทั้งหมดของพื้นผิวไมโครพื้นผิว ในทางกลับกัน มีการสาธิตผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ ที่สามารถนำไปใช้กับกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้ และเป็นที่สนใจอย่างมากในการใช้งานสำหรับการตรวจจับก๊าซเคมี (CO) วรรณกรรมรายงานเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการสังเคราะห์ ลักษณะ และการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนนี้
ฟิล์มบางของอนุภาคนาโน Cu/Ni ถูกเตรียมโดยการสปัตเตอร์ RF และการสะสมร่วม RF-PECVD ด้วยแหล่งจ่ายไฟ 13.56 MHz วิธีการนี้ใช้เครื่องปฏิกรณ์ที่มีอิเล็กโทรด 2 อิเล็กโทรดที่มีวัสดุและขนาดต่างกัน อันที่เล็กกว่านั้นเป็นโลหะเป็นอิเล็กโทรดที่มีพลังงานและอันที่ใหญ่กว่าจะต่อสายดินผ่านห้องสแตนเลสที่ระยะห่าง 5 ซม. จากกัน วางซับสเตรต SiO 2 และเป้าหมาย Cu เข้าไปในห้องเพาะเลี้ยง จากนั้นจึงอพยพห้องเพาะเลี้ยงไปที่ 103 นิวตัน/เมตร 2 เป็นความดันพื้นฐานที่อุณหภูมิห้อง นำก๊าซอะเซทิลีนเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยง จากนั้นเพิ่มแรงดันจนถึงความดันบรรยากาศ มีเหตุผลหลักสองประการในการใช้ก๊าซอะเซทิลีนในขั้นตอนนี้ ประการแรก ทำหน้าที่เป็นก๊าซตัวพาสำหรับการผลิตพลาสมา และประการที่สอง สำหรับการเตรียมอนุภาคนาโนในปริมาณเล็กน้อยของคาร์บอน กระบวนการสะสมถูกดำเนินการเป็นเวลา 30 นาทีที่ความดันแก๊สเริ่มต้นและกำลัง RF 3.5 นิวตัน/เมตร2 และ 80 วัตต์ ตามลำดับ จากนั้นทำลายสุญญากาศและเปลี่ยนเป้าหมายเป็น Ni กระบวนการตกสะสมถูกทำซ้ำที่ความดันแก๊สเริ่มต้นและกำลัง RF 2.5 นิวตัน/เมตร2 และ 150 วัตต์ ตามลำดับ ในที่สุด อนุภาคนาโนของทองแดงและนิกเกิลที่สะสมอยู่ในบรรยากาศอะเซทิลีนจะเกิดเป็นโครงสร้างนาโนของทองแดง/นิกเกิล ดูตารางที่ 1 สำหรับการเตรียมตัวอย่างและตัวระบุ
ภาพ 3 มิติของตัวอย่างที่เตรียมสดใหม่ถูกบันทึกในพื้นที่สแกนสี่เหลี่ยมขนาด 1 μm × 1 μm โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมมิกแบบมัลติโหมดนาโนเมตร (เครื่องมือดิจิทัล, ซานตาบาร์บาร่า, แคลิฟอร์เนีย) ในโหมดแบบไม่สัมผัสที่ความเร็วในการสแกน 10–20 μm / นาที . กับ. ซอฟต์แวร์ MountainsMap® Premium ถูกใช้เพื่อประมวลผลแผนที่ภูมิประเทศ 3D AFM ตามมาตรฐาน ISO 25178-2:2012 29,30,31 มีการบันทึกและอภิปรายพารามิเตอร์ทางสัณฐานวิทยาหลายประการ ความสูง แกนกลาง ปริมาตร ลักษณะ ฟังก์ชัน พื้นที่ และการรวมกัน ได้รับการกำหนด
ความหนาและองค์ประกอบของตัวอย่างที่เตรียมสดใหม่ถูกประมาณตามลำดับของ MeV โดยใช้ Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) พลังงานสูง ในกรณีของการตรวจวัดก๊าซ มีการใช้ LSPR สเปกโทรสโกปีโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ UV-Vis ในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 350 ถึง 850 นาโนเมตร ในขณะที่ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนอยู่ในคิวเวตต์สเตนเลสสตีลแบบปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5.2 ซม. และสูง 13.8 ซม. ที่ความบริสุทธิ์ 99.9 % อัตราการไหลของก๊าซ CO (ตามมาตรฐาน Arian Gas Co. IRSQ 1.6 ถึง 16 ลิตร/ชม. เป็นเวลา 180 วินาที และ 600 วินาที) ขั้นตอนนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง ความชื้นโดยรอบ 19% และตู้ดูดควัน
จะใช้เทคนิคการกระเจิงกลับของรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งเป็นเทคนิคการกระเจิงไอออนในการวิเคราะห์องค์ประกอบของฟิล์มบาง วิธีการเฉพาะนี้ช่วยให้สามารถวัดปริมาณได้โดยไม่ต้องใช้มาตรฐานอ้างอิง การวิเคราะห์ RBS วัดพลังงานสูง (He2+ ไอออน เช่น อนุภาคอัลฟา) ตามลำดับ MeV บนตัวอย่าง และไอออน He2+ จะกระจัดกระจายกลับที่มุมที่กำหนด รหัส SIMNRA มีประโยชน์ในการสร้างแบบจำลองเส้นตรงและเส้นโค้ง และความสอดคล้องกับสเปกตรัม RBS เชิงทดลองจะแสดงคุณภาพของตัวอย่างที่เตรียมไว้ สเปกตรัม RBS ของตัวอย่าง Cu/Ni NP แสดงในรูปที่ 1 โดยที่เส้นสีแดงคือสเปกตรัม RBS ทดลอง และเส้นสีน้ำเงินคือการจำลองโปรแกรม SIMNRA จะเห็นได้ว่าเส้นสเปกตรัมทั้งสองนั้นอยู่ในเกณฑ์ดี ข้อตกลง. ลำแสงตกกระทบที่มีพลังงาน 1985 keV ถูกนำมาใช้เพื่อระบุองค์ประกอบต่างๆ ในตัวอย่าง ความหนาของชั้นบนประมาณ 40 1E15Atom/cm2 ประกอบด้วย Ni 86%, O2 0.10%, 0.02% C และ Fe 0.02% Fe มีความเกี่ยวข้องกับสิ่งเจือปนในเป้าหมาย Ni ในระหว่างการสปัตเตอร์ พีคของ Cu และ Ni ที่ซ่อนอยู่นั้นสามารถมองเห็นได้ที่ 1,500 keV ตามลำดับ และพีคของ C และ O2 ที่ 426 keV และ 582 keV ตามลำดับ ขั้นตอนของ Na, Si และ Fe คือ 870 keV, 983 keV, 1340 keV และ 1823 keV ตามลำดับ
ภาพ AFM ภูมิประเทศแบบ Square 3D ของพื้นผิวฟิล์ม Cu และ Cu/Ni NP แสดงไว้ในรูปที่ 2. นอกจากนี้ ภูมิประเทศ 2 มิติที่นำเสนอในแต่ละรูปแสดงให้เห็นว่า NPs ที่สังเกตได้บนพื้นผิวฟิล์มรวมตัวกันเป็นรูปทรงทรงกลม และสัณฐานวิทยานี้คล้ายคลึงกับที่อธิบายโดย Godselahi และ Armand32 และ Armand et al.33 อย่างไรก็ตาม Cu NP ของเราไม่ได้เกาะกลุ่มกัน และตัวอย่างที่มี Cu เพียงอย่างเดียวแสดงพื้นผิวที่เรียบเนียนกว่าอย่างมีนัยสำคัญโดยมียอดเขาที่ละเอียดกว่าส่วนที่หยาบกว่า (รูปที่ 2a) ในทางตรงกันข้าม ยอดเปิดบนตัวอย่าง CuNi15 และ CuNi20 จะมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่ชัดเจนและมีความเข้มสูงกว่า ดังที่แสดงโดยอัตราส่วนความสูงในรูปที่ 2a และ b การเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนของสัณฐานวิทยาของฟิล์มบ่งชี้ว่าพื้นผิวมีโครงสร้างเชิงพื้นที่ภูมิประเทศที่แตกต่างกัน ซึ่งได้รับผลกระทบจากเวลาในการสะสมของนิกเกิล
ภาพ AFM ของฟิล์มบาง Cu (a), CuNi15 (b) และ CuNi20 (c) แผนที่ 2 มิติที่เหมาะสม การกระจายระดับความสูง และเส้นโค้งไฟร์สโตนของแอ๊บบอตถูกฝังอยู่ในแต่ละภาพ
ขนาดเกรนเฉลี่ยของอนุภาคนาโนถูกประมาณจากฮิสโตแกรมการกระจายตัวของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ได้รับโดยการวัดอนุภาคนาโน 100 ตัวโดยใช้แบบเกาส์เซียนดังแสดงไว้ในรูปที่ จะเห็นได้ว่า Cu และ CuNi15 มีขนาดเกรนเฉลี่ยเท่ากัน (27.7 และ 28.8 nm) ในขณะที่ CuNi20 มีเกรนเล็กกว่า (23.2 nm) ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ Godselahi และคณะรายงาน 34 (ประมาณ 24 นาโนเมตร) ในระบบไบเมทัลลิก พีคของพลาสโมเรโซแนนซ์พื้นผิวที่ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นสามารถเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงขนาดเกรน ในเรื่องนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าเวลาสะสม Ni ที่ยาวนานส่งผลต่อคุณสมบัติพลาสโมนิกที่พื้นผิวของฟิล์มบาง Cu / Ni ของระบบของเรา
การกระจายขนาดอนุภาคของ ( a ) Cu , ( b ) CuNi15 และ ( c ) ฟิล์มบาง CuNi20 ที่ได้จากภูมิประเทศ AFM
สัณฐานวิทยาจำนวนมากยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของโครงสร้างภูมิประเทศในฟิล์มบาง ตารางที่ 2 แสดงรายการพารามิเตอร์ภูมิประเทศตามความสูงที่เกี่ยวข้องกับแผนที่ AFM ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยค่าเวลาของความหยาบเฉลี่ย (Sa) ความเบ้ (Ssk) และความโด่ง (Sku) ค่า Sa คือ 1.12 (Cu), 3.17 (CuNi15) และ 5.34 nm (CuNi20) ตามลำดับ เป็นการยืนยันว่าฟิล์มมีความหยาบมากขึ้นเมื่อเวลาในการสะสม Ni เพิ่มขึ้น ค่าเหล่านี้เทียบได้กับค่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้โดย Arman et al.33 (1–4 nm), Godselahi et al.34 (1–1.05 nm) และ Zelu et al.36 (1.91–6.32 nm ) โดยที่ค่าที่คล้ายกัน การสปัตเตอร์ดำเนินการโดยใช้วิธีการเหล่านี้เพื่อสะสมฟิล์มของ Cu/Ni NP อย่างไรก็ตาม Ghosh และคณะ 37 ฝาก Cu/Ni หลายชั้นโดยการวางด้วยไฟฟ้าและรายงานค่าความหยาบที่สูงขึ้น ซึ่งเห็นได้ชัดว่าอยู่ในช่วง 13.8 ถึง 36 นาโนเมตร ควรสังเกตว่าความแตกต่างในจลนพลศาสตร์ของการก่อตัวของพื้นผิวโดยวิธีการสะสมที่แตกต่างกันสามารถนำไปสู่การก่อตัวของพื้นผิวที่มีรูปแบบเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม จะเห็นได้ว่าวิธี RF-PECVD มีประสิทธิภาพในการรับฟิล์ม Cu/Ni NPs ที่มีความหยาบไม่เกิน 6.32 นาโนเมตร
สำหรับโปรไฟล์ความสูง โมเมนต์ทางสถิติที่มีลำดับสูงกว่า Ssk และ Sku มีความสัมพันธ์กับความไม่สมมาตรและความปกติของการกระจายความสูง ตามลำดับ ค่า Ssk ทั้งหมดเป็นค่าบวก (Ssk > 0) ซึ่งบ่งชี้ถึงส่วนท้ายด้านขวาที่ยาวกว่า 38 ซึ่งสามารถยืนยันได้โดยพล็อตการกระจายความสูงในสิ่งที่ใส่เข้าไป 2 นอกจากนี้ โปรไฟล์ความสูงทั้งหมดยังถูกครอบงำด้วยจุดสูงสุดที่คมชัด 39 (Sku > 3) แสดงให้เห็นว่าเส้นโค้ง การกระจายความสูงมีความเรียบน้อยกว่าเส้นโค้งระฆังแบบเกาส์เซียน เส้นสีแดงในแผนภาพการกระจายความสูงคือเส้นโค้ง Abbott-Firestone 40 ซึ่งเป็นวิธีทางสถิติที่เหมาะสมสำหรับการประเมินการกระจายตัวของข้อมูลแบบปกติ เส้นนี้ได้มาจากผลรวมสะสมเหนือฮิสโตแกรมความสูง โดยที่จุดสูงสุดสูงสุดและรางที่ลึกที่สุดสัมพันธ์กับค่าต่ำสุด (0%) และสูงสุด (100%) เส้นโค้งของ Abbott-Firestone เหล่านี้มีรูปทรง S เรียบๆ บนแกน y และในทุกกรณีแสดงให้เห็นเปอร์เซ็นต์ของวัสดุที่ข้ามผ่านพื้นที่ที่ครอบคลุมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเริ่มจากจุดสูงสุดที่ขรุขระที่สุดและรุนแรงที่สุด สิ่งนี้เป็นการยืนยันโครงสร้างเชิงพื้นที่ของพื้นผิว ซึ่งส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากเวลาในการสะสมของนิกเกิล
ตารางที่ 3 แสดงรายการพารามิเตอร์ทางสัณฐานวิทยา ISO เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับแต่ละพื้นผิวที่ได้รับจากภาพ AFM เป็นที่ทราบกันดีว่าอัตราส่วนพื้นที่ต่อวัสดุ (Smr) และอัตราส่วนพื้นที่ต่อวัสดุ (Smc) เป็นพารามิเตอร์การทำงานของพื้นผิว29 ตัวอย่างเช่น ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าบริเวณเหนือระนาบมัธยฐานของพื้นผิวนั้นถึงจุดสูงสุดโดยสิ้นเชิงในภาพยนตร์ทุกเรื่อง (Smr = 100%) อย่างไรก็ตามค่าของ Smr นั้นได้มาจากความสูงที่แตกต่างกันของสัมประสิทธิ์พื้นที่แบริ่งของภูมิประเทศ41 เนื่องจากทราบพารามิเตอร์ Smc พฤติกรรมของ Smc อธิบายได้จากการเพิ่มขึ้นของความหยาบจาก Cu → CuNi20 ซึ่งจะเห็นได้ว่าค่าความหยาบสูงสุดที่ได้รับสำหรับ CuNi20 จะให้ Smc ~ 13 nm ในขณะที่ค่าของ Cu อยู่ที่ประมาณ 8 nm
พารามิเตอร์การผสมการไล่ระดับสี RMS (Sdq) และอัตราส่วนพื้นที่ส่วนต่อประสานที่พัฒนาแล้ว (Sdr) เป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับความเรียบของพื้นผิวและความซับซ้อน จาก Cu → CuNi20 ค่า Sdq อยู่ในช่วงตั้งแต่ 7 ถึง 21 ซึ่งบ่งชี้ว่าความผิดปกติของภูมิประเทศในภาพยนตร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อชั้น Ni ถูกสะสมเป็นเวลา 20 นาที ควรสังเกตว่าพื้นผิวของ CuNi20 ไม่เรียบเท่ากับ Cu นอกจากนี้ ยังพบว่าค่าของพารามิเตอร์ Sdr ซึ่งสัมพันธ์กับความซับซ้อนของพื้นผิวไมโครพื้นผิว เพิ่มขึ้นจาก Cu → CuNi20 จากการศึกษาของ Kamble และคณะ ความซับซ้อนของพื้นผิวไมโครเท็กซ์เจอร์ของพื้นผิวเพิ่มขึ้นตาม Sdr ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่า CuNi20 (Sdr = 945%) มีโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวที่ซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์ม Cu (Sdr = 229%) - ที่จริงแล้ว การเปลี่ยนแปลงในความซับซ้อนระดับจุลภาคของพื้นผิวมีบทบาทสำคัญในการกระจายตัวและรูปร่างของพีคหยาบ ซึ่งสามารถสังเกตได้จากพารามิเตอร์ลักษณะเฉพาะของความหนาแน่นพีค (Spd) และความโค้งของพีคค่าเฉลี่ยเลขคณิต (Spc) ในเรื่องนี้ Spd เพิ่มขึ้นจาก Cu → CuNi20 ซึ่งบ่งชี้ว่ายอดเขามีการจัดระเบียบหนาแน่นมากขึ้นเมื่อความหนาของชั้น Ni เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ Spc ยังเพิ่มขึ้นจาก Cu→CuNi20 ซึ่งบ่งชี้ว่ารูปร่างสูงสุดของพื้นผิวของตัวอย่าง Cu นั้นโค้งมนมากขึ้น (Spc = 612) ในขณะที่ CuNi20 นั้นคมกว่า (Spc = 925)
โปรไฟล์คร่าวๆ ของฟิล์มแต่ละฟิล์มยังแสดงรูปแบบเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันในบริเวณจุดสูงสุด แกนกลาง และรางน้ำของพื้นผิว ความสูงของแกนกลาง (Sk) จุดสูงสุดที่ลดลง (Spk) (เหนือแกนกลาง) และรางน้ำ (Svk) (ด้านล่างแกนกลาง)31,43 เป็นพารามิเตอร์ที่วัดตั้งฉากกับระนาบพื้นผิว30 และเพิ่มขึ้นจาก Cu → CuNi20 เนื่องจาก ความหยาบผิวเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในทำนองเดียวกัน วัสดุพีค (Vmp) วัสดุแกนกลาง (Vmc) โมฆะรางน้ำ (Vvv) และปริมาตรโมฆะแกนกลาง (Vvc)31 แสดงแนวโน้มเดียวกันเมื่อค่าทั้งหมดเพิ่มขึ้นจาก Cu → CuNi20 ลักษณะการทำงานนี้บ่งชี้ว่าพื้นผิว CuNi20 สามารถกักเก็บของเหลวได้มากกว่าตัวอย่างอื่นๆ ซึ่งเป็นบวก บ่งบอกว่าพื้นผิวนี้เปื้อนได้ง่ายกว่า44 ดังนั้นจึงควรสังเกตว่าเมื่อความหนาของชั้นนิกเกิลเพิ่มขึ้นจาก CuNi15 → CuNi20 การเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์ภูมิประเทศจะล่าช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ทางสัณฐานวิทยาที่มีลำดับสูงกว่า ซึ่งส่งผลต่อพื้นผิวไมโครพื้นผิวและรูปแบบเชิงพื้นที่ของฟิล์ม
การประเมินเชิงคุณภาพของพื้นผิวระดับจุลภาคของพื้นผิวฟิล์มได้มาจากการสร้างแผนที่ภูมิประเทศ AFM โดยใช้ซอฟต์แวร์ MountainsMap45 เชิงพาณิชย์ การเรนเดอร์จะแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งแสดงร่องที่เป็นตัวแทนและพล็อตเชิงขั้วที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิว ตารางที่ 4 แสดงรายการตัวเลือกช่องและพื้นที่ รูปภาพของร่องแสดงให้เห็นว่าตัวอย่างถูกครอบงำโดยระบบช่องสัญญาณที่คล้ายกันโดยมีความเป็นเนื้อเดียวกันอย่างเด่นชัดของร่อง อย่างไรก็ตาม พารามิเตอร์สำหรับทั้งความลึกร่องสูงสุด (MDF) และความลึกร่องเฉลี่ย (MDEF) เพิ่มขึ้นจาก Cu เป็น CuNi20 ซึ่งเป็นการยืนยันข้อสังเกตก่อนหน้านี้เกี่ยวกับศักยภาพในการหล่อลื่นของ CuNi20 ควรสังเกตว่าตัวอย่าง Cu (รูปที่ 4a) และ CuNi15 (รูปที่ 4b) มีระดับสีที่เหมือนกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าพื้นผิวไมโครของพื้นผิวฟิล์ม Cu ไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากฟิล์ม Ni ถูกสะสมเป็นเวลา 15 นาที ในทางตรงกันข้าม ตัวอย่าง CuNi20 (รูปที่ 4c) แสดงรอยยับที่มีระดับสีต่างกัน ซึ่งสัมพันธ์กับค่า MDF และ MDEF ที่สูงขึ้น
ร่องและไอโซโทรปีพื้นผิวของพื้นผิวไมโครของฟิล์ม Cu (a), CuNi15 (b) และ CuNi20 (c)
แผนภาพเชิงขั้วในรูป รูปที่ 4 ยังแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวไมโครเท็กซ์เจอร์แตกต่างออกไป เป็นที่น่าสังเกตว่าการทับถมของชั้น Ni เปลี่ยนแปลงรูปแบบเชิงพื้นที่อย่างมีนัยสำคัญ ไอโซโทรปีไมโครเท็กซ์เจอร์ที่คำนวณได้ของตัวอย่างคือ 48% (Cu), 80% (CuNi15) และ 81% (CuNi20) จะเห็นได้ว่าการทับถมของชั้น Ni ก่อให้เกิดพื้นผิวไมโครแบบไอโซโทรปิกมากขึ้น ในขณะที่ฟิล์ม Cu ชั้นเดียวจะมีพื้นผิวไมโครพื้นผิวแบบแอนไอโซโทรปิกมากกว่า นอกจากนี้ความถี่เชิงพื้นที่ที่โดดเด่นของ CuNi15 และ CuNi20 ยังต่ำกว่าเนื่องจากความยาวความสัมพันธ์อัตโนมัติขนาดใหญ่ (Sal) 44 เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่าง Cu นอกจากนี้ยังรวมกับการวางแนวเกรนที่คล้ายกันซึ่งแสดงโดยตัวอย่างเหล่านี้ (Std = 2.5° และ Std = 3.5°) ในขณะที่มีการบันทึกค่าที่สูงมากสำหรับตัวอย่าง Cu (Std = 121°) จากผลลัพธ์เหล่านี้ ฟิล์มทั้งหมดมีการแปรผันเชิงพื้นที่ในระยะไกลอันเนื่องมาจากสัณฐานวิทยา โปรไฟล์ภูมิประเทศ และความหยาบที่แตกต่างกัน ดังนั้น ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเวลาในการสะสมของชั้น Ni มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของพื้นผิวสปัตเตอร์ CuNi bimetallic
เพื่อศึกษาพฤติกรรม LSPR ของ Cu/Ni NPs ในอากาศที่อุณหภูมิห้องและที่ฟลักซ์ของก๊าซ CO ที่แตกต่างกัน สเปกตรัมการดูดกลืนแสง UV-Vis ถูกนำมาใช้ในช่วงความยาวคลื่น 350–800 นาโนเมตร ดังแสดงในรูปที่ 5 สำหรับ CuNi15 และ CuNi20 ด้วยการแนะนำความหนาแน่นของการไหลของก๊าซ CO ที่แตกต่างกัน พีค LSPR CuNi15 ที่มีประสิทธิผลจะกว้างขึ้น การดูดซับจะแข็งแกร่งขึ้น และพีคจะเปลี่ยน (เรดชิฟท์) เป็นความยาวคลื่นที่สูงขึ้น จาก 597.5 นาโนเมตรในการไหลของอากาศเป็น 16 ลิตร/ชม. 606.0 นาโนเมตร การไหลของ CO เป็นเวลา 180 วินาที, 606.5 นาโนเมตร, การไหลของ CO 16 ลิตร/ชม. เป็นเวลา 600 วินาที ในทางกลับกัน CuNi20 แสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกัน ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของการไหลของก๊าซ CO ส่งผลให้ตำแหน่งความยาวคลื่นสูงสุดของ LSPR (บลูชิฟต์) ลดลงจาก 600.0 นาโนเมตรที่การไหลของอากาศเป็น 589.5 นาโนเมตรที่การไหลของ CO 16 ลิตร/ชม. เป็นเวลา 180 วินาที . อัตราการไหลของ CO 16 ลิตร/ชม. เป็นเวลา 600 วินาทีที่ 589.1 นาโนเมตร เช่นเดียวกับ CuNi15 เราสามารถมองเห็นจุดสูงสุดที่กว้างขึ้นและเพิ่มความเข้มในการดูดซับสำหรับ CuNi20 สามารถประมาณได้ว่าเมื่อความหนาของชั้น Ni บน Cu เพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับการเพิ่มขนาดและจำนวนของอนุภาคนาโน CuNi20 แทนที่จะเป็น CuNi15 อนุภาค Cu และ Ni จะเข้าใกล้กัน แอมพลิจูดของการสั่นทางอิเล็กทรอนิกส์จะเพิ่มขึ้น และส่งผลให้ความถี่เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่า: ความยาวคลื่นลดลง เกิดการเปลี่ยนแปลงสีน้ำเงิน
เวลาโพสต์: 16 ส.ค.-2023