Nanofire de tip metal-oxid-metal pentru dezvoltare de senzori


Project Director: Dr. Elena MATEI

Cod Proiect: PN-III-P4-ID-PCE-2020-2291

Director de Proiect: Dr. Elena Matei

Tipul Proiectului: National

Programul de incadrare al Proiectului: Cercetare fundamentală și de frontieră, Proiecte de cercetare exploratorie (PCE)

Finantat de: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI

Contractor: Institutul National de Cercetare Dezvoltare  pentru Fizica Materialelor

Status: In desfasurare

Data Inceperii: 4.01.2021

Data Finalizarii: 31.12.2023

Rezumat: In acest proiect ne propunem sa obtinem nanofire multisegment cu o arhitectura formata din metal I- (metal II oxid) -metal I (MOM), pornind de la nanofirele de tip metal I-metal II-metal I, prin combinarea electrodepunerii intr-un sablon cu un proces selectiv de oxidare folosind tehnici electrochimice, tratament termic sau in plasma. In cele din urma, vom viza modularea proprietaților electrice ale nanofirelor MOM prin parametrii procesului de preparare si identificarea posibilelor aplicatii. Caracteristicile de transport ale dispozitivelor bazate pe nanofire MOM vor fi influențate de parametrii procesului de electrodepunere, dar si de parametrii procesului de oxidare. Mai mult, prin adaptarea convenabila a proceselor va fi controlata cantitatea de defecte punctuale, aceasta fiind foarte importanta pentru proprietațile de transport. Un parametru esential este calitatea contactului. Este de asteptat ca prin utilizarea nanofirelor de acest tip de structura sa imbunatațim funcționalitatea si performanțelor dispozitivelor.

  • Dr. Elena Matei, Director proiect
  • Dr. Ionut Enculescu, Cercetator cu experienta
  • Dr. Monica Enculescu, Cercetator cu experienta
  • Dr. Andreea Costas , Cercetator postdoctoral
  • Dr. Mihael Beregoi, Cercetator postdoctoral
  • Melania-Loredana Onea, Cercetator doctorand
  • Dr. Mihaela Bunea, Cercetator postdoctoral

Etapa 1 (2021):  Depunerea de nanofire uni-segment si testarea proceselor de oxidare

Rezumatul etapei: In aceasta etapa a proiectului, unul din obiective a fost obtinerea de  nanofire metalice uni-segment, care ulterior vor fi folosite in realizarea de nanofire de tip metal -oxid metallic-metal (MOM), pe pozitia de segmente la extremitatile nanofirelor sau pentru obtinerea segmentului oxidic de centru. Pentru asta, au fost preparate nanofire metalice din Ni, Cu, Co, Sn, Au, Pt, printr-o procedura in care este implicat un sablon polimeric si electrodepunerea.  Aceasta abordare permite realizarea unor nanostructuri cu caracteristici bine controlate. Foarte importanta este posibilitatea de a controla structura/orientarea structurala a nanofirelor doar prin potentialul de electrodepunere. Pentru testele de oxidare a segmentului metalic au fost abordate trei metode si anume: tratament termic, in plasma si oxidare electrochimica, scopul fiind acela de a determina parametrii obtinerii materialului oxidic. Parametrii folositi in testele de oxidare au fost alesi in functie de dimensiunile geometrice ale materialului supus tratamentului. Probele supuse procedeelor de oxidare au fost caracterizate din punct de vedere morphologic, structural, elemental si al proprietatilor optice. Astfel, din datele de caracterizare au rezultat nanofire metalice acoperite cu un strat oxidic cu structura slab cristalizata si o banda interzisa apropiata ca valoare de rezultatele raportate in literatura. Morfologia nanofirelor oxidate este puternic influentata de metoda folosita, un rezultat interesant a fost obtinut dupa tratamentul termic al nanofirelor de Co, rezultand nanofire secundare de oxid de cobalt ce decoreaza suprafata nanofirului initial. Este interesant de remarca faptul ca aceste nanofire secundare au probabil diametre de numai cativa nanometri echivalentul a cateva zeci de atomi fiind probabil unele din cele mai subtiri structuri sintetizate.

Etapa 2 (2022): Depunerea nanofirelor multi-segment metalic si testarea proceselor de oxidare selectiva

In aceasta etapa au fost preparate nanofire multisegment de tipul Au (Pt)-M (Ni, Cu, Co, Sn)-Au(Pt) prin electrodepunere folosind metoda sablon. Electrodepunerea nanofirelor a fost realizata secvential din doua bai diferite, una continand ioni de Au sau Pt pentru segmentele de margine si o alta continand ionii metalului de interes. Au fost realizate studii legate de rata de depunere pentru fiecare metal cu scopul de a afla timpul necesar depunerii unui segment cu o anumita dimensiune. Diametrele nanofirelor preparate au fost mai mici de 100 nm. In acest fel au fost obtinute nanofire multisegment metalic cu anumite dimensiuni ale segmentelor. Tinand cont de scopul final al acestui proiect, au fost alese lungimi mai mari ale segmentelor de margine astfel incat aceste nanofire sa fie poata fi contactate pe aceste segmente de metal nobil pentru cresterea conductivitatii contactului si integrate in dispozitive electronice cu canal oxidic nanometric sau sub micronic. Toate tipurile de nanofire multisegment obtinute au fost caracterizate din punct de vedere al proprietatilor fizico- chimice. Astfel, fara nici o exceptie, nanofirele prezinta forma geometriei porilor cilindrici, au suprafetele netede si o buna interfata tinand cont de lungimea segmentelor de margine. Astfel de nanofire pot fi folosite in dezvoltarea de diverse dispozitive electronice cu aplicatii in domeniul senzorilor (magnetici, etc.). Urmatorul pas a fost testarea proceselor de oxidare selectiva a or multisegment metalic. In urma studiilor realizate s-a constatat ca tehnicile electrochimice produc un strat foarte subtire oxidic care pasiveaza suprafata nanofirelor care urmeaza a fi transformate in oxid, inhiband continuarea procesului in profunzime firului chiar daca diametrul acestuia era sub 100 nm. Astfel ca, au fost testate tratamentul termic si in plasma dar in mediu de descarcare-aer umed, din aceleasi motive. Pentru alegerea parametrilor celor doua tehnici s-a tinut cont ca integritatea nanofirelor sa nu fie afectata pe langa scopul final. Nanofirele supuse tratamentelor termic si in plasma au fost  caracterizate din punct de vedere fizico-chimic (morfologic, structural, elemental, etc.). S-a observat o puternica influenta mai ales, a procesului termic asupra segmentului central al nanofirelor, obtinandu-se oxidarea aproape completa.Cele mai interesante nanofire multisegment sunt cele cu segment central de Co care au fost oxidate termic si pe suprafata caruia au crescut nanoplachete si nanofire cu diametru sub 5nm. Nanofirele multisegment cu segment central oxidic pot fi baza dezvoltari unor platforme senzoristice cu performante superioare datorate caracteristiciolor acestora.

  1. M.L. Onea, E. Matei, M. Enculescu, V. Kuncser, I. Enculescu, Ni Nanowires Propertie.s for Functional Magnetic Materials Applications, prezentare orala la conferinta CREMS care a avut loc la Magurele, Romania, in perioada 21-22 octombrie 2021.
  2. I. Boukhoubza; E. Matei; A. Jorio; M. Enculescu; I. Enculescu, Electrochemical Deposition of ZnO Nanowires on CVD-Graphene/Copper Substrates, Nanomaterials 2022, 12, 2858, https://doi.org/10.3390/nano12162858.
  3. M.L. Onea, E. Matei, M. Enculescu, M. Beregoi, I. Enculescu, The influence of process parameters on structural and morphological properties of different metallic nanowires”, prezentare orala la conferinta 12th APMAS 2022 – International Advances in Applied Physics & Materials Science Congress & Exhibition, 13-19 oct. 2022, Oludeniz, Turcia.

elena.matei@infim.ro


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2022 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved