PL 217816 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 217816 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 391217 (22) Data zgłoszenia: 14.05.2010 (51) Int.Cl. B05D 1/04 (2006.01) B82B 1/00 (2006.01) B05D 1/18 (2006.01) (54) Sposób pokrywania powierzchni materiału nanocząstkami (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT CHEMII FIZYCZNEJ POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 21.11.2011 BUP 24/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.08.2014 WUP 08/14 (72) Twórca(y) wynalazku: MACIEJ PASZEWSKI, Warszawa, PL MARCIN FIAŁKOWSKI, Warszawa, PL EWELINA KALWARCZYK, Warszawa, PL TOMASZ KALWARCZYK, Warszawa, PL KATARZYNA WINKLER, Warszawa, PL ROBERT HOŁYST, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jakub Sielewiesiuk
2 PL 217 816 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób pokrywania powierzchni materiału nanocząstkami. Sposób stosuje się m.in. do pokrywania takich materiałów jak szkło, tlenek indu domieszkowany tlenkiem cyny (ITO), krzem oraz inne półprzewodniki. Nanocząstki - cząstki pierwiastków i związków chemicznych, których, umownie, minimum jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm - charakteryzują się właściwościami chemicznymi i fizycznymi różniącymi się od właściwości tych substancji w formie mniej rozdrobnionej. Ze względu na dużą energię powierzchniową, nanocząstki muszą być zabezpieczone przed agregacją za pomocą monowarstwy cząsteczek organicznych lub polimerów. Cząsteczki tworzące takie warstwy ochronne mogą zawierać w swej strukturze grupy funkcyjne wprowadzone w celu nadania pokrywanych przez nie nanocząstkom odpowiednich właściwości fizycznych, biologicznych lub umożliwiających prowadzenie na ich powierzchni reakcji chemicznych. Wraz z rozwojem metod otrzymywania nanocząstek oraz lepszym poznaniem ich właściwości próbuje się wykorzystywać ich cechy w celach praktycznych, m.in. w takich obszarach życia jak medycyna, kataliza, budowa detektorów czy pozyskiwane energii ze źródeł odnawialnych. Aby to było możliwe, w niektórych przypadkach koniecznym jest porządkowanie nanocząstek w struktury dwu i trójwymiarowe. Struktury płaskie - dwuwymiarowe - składające się z lub zawierające nanocząstki metaliczne (Au, Ag, Pd, Pt, Cu) lub półprzewodnikowe (CdS, CdSe) wzbudzają zainteresowanie z powodu ich potencjalnego praktycznego znaczenia w budowie ogniw słonecznych, detektorów opartych na zjawiskach LSPR lub SERS, elektronice, ochronie przed korozją, katalizie heterogenicznej, powłokach antyrefleksyjnych, wyświetlaczach i podłożach do adhezji komórek. Obecnie znanych jest kilka metod otrzymywania takich pokryć. Są to elektroosadzanie, technika Langmuir-Blodgett, metoda powlekania wirującego podłoża cienką warstwą (ang. spin-coating lub casting) oraz technika zol-żel. Wszystkie te metody mają jedną lub kilka wad takich jak to, że wymagają drogiego sprzętu, stosuje się je do wąskiego zbioru powierzchni lub można za ich pomocą pokrywać jedynie płaskie powierzchnie lub powierzchnie o niewielkim rozmiarze. Zatem poszukiwanie metod pozwalających szybko i tanio pokrywać duże powierzchnie i/lub o rozwiniętej topografii jest ważne. Przedmiotem obecnego wynalazku jest metoda pokrywania powierzchni materiałów nanocząstkami. Pokrywanie to odbywa się poprzez zanurzenie pokrywanej powierzchni w mieszaninie nanocząstek pokrytych dodatnio naładowaną warstwą organiczną, na przykład chlorkiem 11-merkaptoundecylotrimetyloamoniowym (TMA), oraz soli. Następnie powierzchnię płucze się w wodzie, opcjonalnie w rozpuszczalnikach organicznych, np. w metanolu i suszy. W niedawno opublikowanym zgłoszeniu wynalazku nr US 2009/0098366 A1 oraz publikacji [Smoukov S.K., Bishop K.J.M., Kowalczyk B., Kalsin A.M., Grzybowski B.A.; Journal of the American Chemical Society, 50 (129), 15623-15630] opisano podobną metodę pokrywania powierzchni nanocząstkami. Jednak w metodzie tej konieczne jest użycie odpowiednio przygotowanej mieszaniny składającej się z dwóch rodzajów nanocząstek; pokrytych TMA, który nadaje im ładunek dodatni oraz pokrytych kwasem 11-merkaptoundekanowym (MUA), który w wysokim ph nadaje im ładunek ujemy. Metoda według wynalazku różni się tym, że wykorzystuje się roztwory wyłącznie dodatnio naładowanych nanocząstek. Zgodnie z wynalazkiem, sposób pokrywania powierzchni materiału nanocząstkami, obejmujący etap zanurzania wspomnianej powierzchni w roztworze zawierającym mieszaninę nanocząstek pokrytych naładowaną warstwą organiczną bądź polimerową oraz soli, charakteryzuje się tym, że wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane jednoimiennie a stężenie wspomnianej soli we wspomnianym roztworze wynosi od 0,01 mol/l do 2,0 mol/l. W jednym z przykładów realizacji wynalazku wspomniana powierzchnia naładowana jest dodatnio, zaś wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane ujemnie. Zgodnie z wynalazkiem, wspomniany roztwór jest roztworem wodnym. W innym przykładzie realizacji wynalazku, wspomniany roztwór jest roztworem niewodnym, korzystnie roztworem metanolowym. Zgodnie z wynalazkiem, wspomniana sól jest solą nieorganiczną. Alternatywnie, wspomniana sól jest solą organiczną, korzystnie sól jest solą kwasu karboksylowego.
PL 217 816 B1 3 Korzystnie wspomniane nanocząstki mają rozmiar od 1 nm do 100 nm. W innym przykładzie realizacji wynalazku wspomniana powierzchnia naładowana jest ujemnie, zaś wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane dodatnio. Zgodnie z wynalazkiem, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami metalicznymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Au, Ag, Pt, Pd. Alternatywnie, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami półprzewodnikowymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej CdS, CdSe, CdTe, InP, PbS, InAs, ZnO. W jeszcze innym korzystnym przykładzie realizacji wynalazku, wspomniane nanocząstki są nanocząstkami dwu- lub wieloskładnikowymi typu jądro-skorupka, ang. core-shell, z wierzchnią warstwą korzystnie obejmującą CdSe, ZnS, ZnSe. W szczególności, zgodnie z wynalazkiem, wspomniane nanocząstki mogą być nanocząstkami CdTe/CdSe, CdSe/ZnS lub CdSe/ZnSe. Korzystnie wspomniane nanocząstki pokryte są dodatnio naładowaną warstwą chlorku 11-merkaptoundecylotrimetyloaminowego, TMA. Korzystnie pokrywana powierzchnia jest powierzchnią wybraną spośród szkła, tlenku indu domieszkowanego cyną, ITO, krzemu, arsenku galu lub innych półprzewodników. Korzystnie czas pojedynczego zanurzenia wynosi od 10 sekund do 60 minut, korzystnie od 15 sekund do 10 minut. Zgodnie z wynalazkiem, wspomniany etap zanurzania powtarza się. Korzystnie liczba powtórzeń wynosi od 2 do 10. Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których: Fig. 1 przedstawia zdjęcie płytek szklanych zanurzonych jednokrotnie (1), dwukrotnie (2), trzykrotnie (3) i pięciokrotnie (4) na okres jednej minuty w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l, Fig. 2 przedstawia zmierzone absorbancje płytek szklanych zanurzanych w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i stężeniu NaCI wynoszącym 0, 0,001, 0,01, 0,1, 0,5, 2, 4 lub 6 mol/l, w zależności od liczby zanurzeń. Czas każdego zanurzenia wynosił 1 minutę. Po każdym zanurzeniu płytki były płukane w wodzie, metanolu, suszona po czym mierzono jej absorbancję, Fig. 3 przedstawia zmierzone absorbancje płytek szklanych zanurzanych w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml w zależności od stężenia soli. Płytki były zanurzane pięciokrotnie na 1 minutę (a) lub ośmiokrotnie na 1 minutę (b). Po każdym zanurzeniu płytki były płukane w wodzie, metanolu i suszone. Przy stężeniu soli zbliżonym do 1 mol/l następuje wypadanie nanocząstek z roztworu, co uniemożliwia pomiar, Fig. 4 przedstawia zmierzone absorbancje płytek szklanych zanurzanych w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i soli: (a) KSCN, (b) Na 2 CO 3, (c) NaCI, (d) octan sodu, (e) NaNO 3 lub (f) winian sodowo-potasowy o stężeniu 2 mol/l. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 1 minutę. Po każdym zanurzeniu płytki były płukane w wodzie, metanolu i suszone, Fig. 5 przedstawia wykresy zależności stopnia pokrycia powierzchni od całkowitego czasu zanurzenia w roztworze nanocząstek dla trzech różnych stężeń nanocząstek wynoszących 0,15 (a), 0,075 (b), 0,015 mgau/ml (c) i stężenia NaCI 2 mol/l, Fig. 6 przedstawia zdjęcie płytki ITO zanurzonej jednokrotnie na 5 minut w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l, Fig. 7 przedstawia zdjęcie wafla krzemowego zanurzonego pięć razy na okres 5 minut Fig. 8 w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l, przedstawia zdjęcie wafla krzemowego zanurzonego pięć razy na 5 minut w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l a następnie trzymanego w plazmie tlenowej przez 4 minuty. Metoda służy do pokrywania materiałów o ujemnie naładowanych powierzchniach, w szczególności szkła, ITO, krzemu, arsenku galu i innych półprzewodników. ITO jest powszechnie używanym skrótem od angielskiej nazwy tlenku indu domieszkowanego cyną. W metodzie według wynalazku stosuje się nanocząstki metaliczne, w tym Au, Ag, Pt, Pd i lub nanocząstki półprzewodnikowe, w tym CdS, CdSe, CdTe, InP, PbS, InAs, ZnO, dwu i wieloskładniko-
4 PL 217 816 B1 we typu jądro-skorupka (ang. core-shell) z wierzchnią warstwą np. z CdSe, ZnS, ZnSe takie jak np. CdTe/CdSe, CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe pokryte dodatnio naładowaną warstwą organiczną bądź polimerową lub mieszaniny tego rodzaju nanocząstek. W metodzie stosuje się nanocząstki o rozmiarach od 1 nm do 100 nm. W metodzie według wynalazku korzystne jest, dla osiągnięcia większego stopnia pokrycia, oczyszczać pokrywaną powierzchnię poprzez płukanie. Wariant ten zilustrowany jest przez przykład 2. W metodzie według wynalazku stosuje się roztwory soli organicznych i nieorganicznych w dowolnych stężeniach, przy czym dla osiągnięcia maksymalnego pokrycia korzystne jest używanie stężeń w zakresie 0,01 do 2 mol/l. Jak wynika z fig. 2 i 3 maksymalną absorbancję, odpowiadającą maksymalnemu stopniowi pokrycia, uzyskano dla stężenia soli 0,1 mol/l po ośmiu jednominutowych zanurzeniach. W tych warunkach dalsze zanurzenia nie prowadzą do wzrostu pokrycia. Zależnie od rodzaju soli i stężenia nanocząstek, w pewnych warunkach, może nastąpić agregacja i/lub wytrącanie nanocząstek z mieszaniny. Takie zjawisko miało miejsce w przykładzie 4 dla stężenia NaCI około 1 mol/l, przez co absorbancja odpowiadająca temu stężeniu nie została zmierzona, fig. 3. W takim przypadku pokrywanie powierzchni jest niemożliwe. Jak wynika z przykładu 4 należy wówczas obniżyć lub podwyższyć stężenie soli. Rodzaj użytej soli wykazuje wpływ na osiągany stopień pokrycia. Wśród przebadanych soli najgęstsze pokrycie uzyskiwano stosując sole kwasów karboksylowych - fig. 4. W metodzie według wynalazku szybkość pokrywania powierzchni nanocząstkami rośnie wraz ze wzrostem stężenia nanocząstek, co zostało pokazane na fig. 5. W metodzie według wynalazku można osiągać stężenia powierzchniowe dowolnie niższe od maksymalnego zmniejszając stężenia nanocząstek, zmniejszając stężenie soli oraz zmniejszając liczbę zanurzeń pokrywanej powierzchni w roztworze nanocząstek. Zmiana stopnia pokrycia w czasie, w trakcie zanurzania, opisana jest w zadawalającym stopniu równaniem: d (t)/dt = ( max - )Kc, gdzie (t) jest stopniem pokrycia powierzchni, max jest maksymalnym stopniem pokrycia, K - współczynnik proporcjonalności, c - stężeniem nanocząstek. W powyższym równaniu proces adsorpcji nanocząstek na powierzchnię substratu jest nieodwracalny. Nieodwracalność procesu adsorpcji jest wnioskiem z obserwacji, że po przemyciu płytki jej stopień pokrycia - mierzony na postawie absorbancji - nie ulega zmianie. Warstwę organiczną na powierzchni nanocząstek, po zakończeniu procesu pokrywania powierzchni, można usuwać metodami chemicznymi lub plazmą tlenową, co może prowadzić do lokalnej agregacji nanocząstek - przykład 8. Otrzymane pokrycia są dostatecznie trwałe mechanicznie, aby możliwy był ich transport, przechowywanie, pokrywanie cieczami i ogrzewanie powyżej temperatury pokojowej. Metodą według wynalazku zawsze uzyskuje się pokrycie pojedynczą warstwą nanocząstek. Nie stwierdzono tworzenia się struktur dwu i wielowarstwowych na pokrywanych materiałach. Dodatkowo, zgodnie z twierdzeniem autorów [Tretiakov K.V., Bishop K.J.M., Kowalczyk B., Jaiswal A., Poggi M.A., Grzybowski B.A.; Journal of Physical Chemistry A, 16 (113), 3799-3803] kooperatywny udział dodatni i ujemnie naładowanych cząstek prowadzi do niejednorodności pokrycia na poziomie nano - tworzenia na powierzchni struktur zawierających po kilka nanocząstek, ponieważ cząstki naładowane ujemnie i dodatnio przyciągają się elektrostatycznie. W opisywanej metodzie brak takiego kooperatywnego efektu pozwala otrzymywać powierzchnie pokryte pojedynczymi nan o- cząstkami. Materiały i sprzęt Płytki szklane kupiono z firmy Roth, wafle krzemowe z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie. Powierzchnie były cięte do zaplanowanych rozmiarów ręcznie, na miejscu. W badaniach używano szkła pociętego na paski o szerokości 10.5 mm, co daje możliwość ich pionowego umieszczenia w celce spektrofotometru. Odczynniki chemiczne kupiono w firmie Sigma-Aldrich rozpuszczalniki z firmy Chempur. We wszystkich eksperymentach używano wody miliporowej 15 ΜΩ. Widma UV-Vis rejestrowano na spektrofotometrze Shimadzu. Nanoszenie wykonywano w probówkach polipropylenowych (Sarstedt) o pojemności 15 ml. Zdjęcia pokrytych nanocząstkami powierzchni półprzewodników wykonano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) Zeiss w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk oraz Instytucie Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk.
PL 217 816 B1 5 Część eksperymentalna Krzem, arsenek galu, azotek galu i ITO były myte 20% kwasem azotowym, wodą acetonem i metanolem bezpośrednio przed użyciem. Szkło było myte piranią (mieszaninie stężonego kwasu siarkowego i 30% nadtlenku wodoru w proporcjach 3:1), acetonem i metanolem. Roztwór nanocząstki złota o promieniach 3.06 ± 0.55 nm otrzymano zgodnie z procedurą literaturową [Jana N.R., Peng G.X., Journal of the American Chemical Society, 47 (125), 14280-14281] Nanocząstki zawarte w 10 g tego roztworu pokryto chlorkiem N,N,N-trimetylo(11-merkaptoundecylo)amoniowym (TMA) [Kalsin A.M., Fialkowski M., Paszewski M., Smoukov S.K., Bishop K.J.M., Grzybowski B.A., Science, 5772 (312), 420-424], nadającym nanocząsteczce ładunek dodatni i rozpuszczono w 50 ml wody otrzymując roztwór o stężeniu złota 0.6 mg/g roztworu, nazywany dalej roztworem podstawowym. Mieszaniny nanocząstek i soli o odpowiednich stężeniach składników były przygotowane z roztworów podstawowych nanocząstek, soli lub ich mianowanych, stężonych roztworów i wody, przy czym roztwór nanocząstek był zawsze dodawany jako ostatni. Do 4 ml mieszaniny nanocząstek i soli w 15 ml probówce zanurzano płytkę pokrywanego materiału, w pozycji pionowej, na określony czas. Następnie płytkę płukano w zlewce zawierającej 300 ml wody i suszono stawiając na bibule w pozycji pionowej tak, aby badana powierzchnia stykała się z podłożem jedynie dolną krawędzią. Dodatkowe płukanie w rozpuszczalniku organicznym takim jak metanol, aceton lub tetrahydrofuran przyspiesza suszenie pozostając bez wpływu na gęstość pokrycia. Technika suszenia ma wpływ na wzór, jaki czasami tworzą nanocząstki na powierzchni jednak nie zostało to systematycznie zbadane. Pokryte powierzchnie badano metodą spektrofotometryczną (szkło) lub skaningowym mikroskopem elektronowym SEM (ITO, arsenek galu i krzem). Badania wpływu warunków na pokrycie materiałów wykonano na szkle. Założono, że stężenie powierzchniowe nanocząstek jest wprost proporcjonalne do mierzonej absorbancji płytek. Założono również, że obserwowane przesunięcie położenia maksimum absorpcji w kierunku fal dłuższych (od 525 nm do 550 nm) nie wpływa na wartość współczynnika ekstynkcji. Przykłady realizacji wynalazku P r z y k ł a d 1. Wizualna prezentacja wynalazku. Metodą według wynalazku płytki szklane zanurzano w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l. Fig. 1 przedstawia zdjęcie powierzchni tych płytek zanurzonych jednokrotnie (1), dwukrotnie (2), trzykrotnie (3) i pięciokrotnie (4) na okres jednej minuty. Na zdjęciu widoczny jest wzrost intensywności, pochodzącego od nanocząstek, czerwonego zabarwienia, wynikający ze wzrastającego, wraz z liczbą zanurzeń, stopnia pokrycia powierzchni szkła. P r z y k ł a d 2. Wpływ oczyszczania powierzchni na stopień pokrycia. Metodą według wynalazku cztery płytki szklane zanurzano odpowiednio w czterech roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l. Pierwszą płytkę zanurzano czterokrotnie na czas 60 minut, pozostałe dziesięciokrotnie na czas 15, 5 i 1 minutę. Absorbancje pokrytych płytek wyniosły odpowiednio 0,12, 0,26, 0,2 i 0,19. Przykład ten pokazuje, że w celu osiągnięcia wysokiego stopnia pokrycia korzystnie jest zanurzać powierzchnie na odpowiedni czas, wynoszący od 1 do 15 minut, ale i oczyszczać powierzchnię poprzez płukanie pomiędzy kolejnymi zanurzeniami. Przy braku płukania nawet wydłużenie czasu zanurzenia nie prowadzi do maksymalnego możliwego stopnia pokrycia. P r z y k ł a d 3. Wpływ stężenia soli na stopień pokrycia. Metodą według wynalazku płytki szklane zanurzano w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i różnym stężeniu NaCI. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 1 minutę. Fig. 2 przedstawia zmiany absorbancji płytek szklanych wraz ze wzrostem liczby zanurzeń w roztworach o stężeniu soli zmieniającym się od zera do 6 mol/l. Z danych wynika, że istnieje optymalne stężenie soli wynoszące około 0,1 mol/l, przy którym najszybciej osiągany jest wysoki stopień pokrycia. Przy niższych i wyższych stężeniach soli proces ten następuje wolniej, lub nie zachodzi wcale, co zostało pokazane na kolejnym przykładzie. P r z y k ł a d 4. Wpływ stężenia soli na stopień pokrycia. Metodą według wynalazku płytki szklane zanurzano w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i różnym stężeniu NaCI. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 1 minutę. Fig. 3 przedstawia zmiany absorbancji płytek szklanych zanurzanych 5 razy (a) lub 8 razy (b) w zależności od stężenia NaCI w roztworze. Z danych wynika, że stężenie soli w roztworze ma decydujący wpływ na proces pokrywania. Przebiega on najszybciej przy stężeniu wynoszącym około 0,1 mol/l. W tych wa-
6 PL 217 816 B1 runkach, przy stężeniu NaCI zbliżonym do 1 mol/l następuje agregacja i wypadanie nanocząstek z roztworu, co uniemożliwia pokrywanie powierzchni. P r z y k ł a d 5. Wpływ rodzaju soli na stopień pokrycia. Metodą według wynalazku płytki szklane zanurzano w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i badanych soli 2 mol/l. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 1 minutę. Fig. 4 przedstawia zmiany absorbancji płytek szklanych wraz ze wzrostem liczby zanurzeń w roztworach zawierających nanocząstki w stężeniu 0,15 mgau/ml oraz sole: KSCN, Na 2 CO 3, NaCI, octan sodu, NaNO 3, KNaC 4 H 4 O 6 (winian sodowo potasowy) w stężeniu 2 mol/l. Z danych wynika, że rodzaj soli może mieć wpływ na stopień pokrycia. Używanie KSCN lub Na 2 CO 3 jest niekorzystne. P r z y k ł a d 6. Wpływ stężenia nanocząstek na stopień pokrycia. Metodą według wynalazku płytki szklane zanurzano w roztworach o stężeniu nanocząstek 0,15 (a), 0,075 (b) i 0,015 mgau/ml (c) i NaCl 2 mol/l. Wyniki pokazano na fig. 5. Przykład pokazuje, że szybkość pokrywania powierzchni,, jest proporcjonalna do stężenia nanocząstek w roztworze. Eksperyment wykonano w ten sposób, że dla każdego stężenia nanocząstek przygotowano odpowiednią ilość próbek roztworu. Płytkę szklaną zanurzano na czas od 1 do 5 minut, płukano, suszono, mierzono absorbancję, następnie zanurzano w nowej próbce odpowiedniego roztworu. Dla każdego stężenia nanocząstek pomiary powtórzono trzykrotnie. Na wykresie umieszczono dane uśrednione. Do danych eksperymentalnych dofitowano funkcje o wzorze (t) = max - exp[- t], gdzie (t) jest stopniem pokrycia powierzchni po czasie zanurzenia t, max - maksymalny stopień pokrycia, - jest stałą wyrażającą szybkość adsorpcji nanocząstek na powierzchni. Na osi poziomej zaznaczono całkowity czas przebywania, t, próbek w roztworach. Okazało się, że stała jest proporcjonalna do stężenia nanocząstek w roztworze, = Kc, gdzie K jest stałą, a c oznacza stężenie nanocząstek. P r z y k ł a d 7. Pokrywanie ITO. Metodą według wynalazku płytkę ITO zanurzano na 5 minut w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCl 2 mol/l. Fig. 6 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym. Przykład pokazuje, że ITO może być pokrywane nanocząstkami metodą według wynalazku. Mniejsza gęstość pokrycia w porównaniu z przykładem 8 związana jest z przede wszystkim z mniejszą liczbą zanurzeń. P r z y k ł a d 8. Pokrywanie krzemu. Metodą według wynalazku wafel krzemowy zanurzano pięć razy w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 5 minutę. Fig. 7 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym. Przykład pokazuje, że krzem może być pokrywana nanocząstkami metodą według wynalazku. P r z y k ł a d 9. Pokrywanie krzemu. Wpływ plazmy tlenowej na pokryte powierzchnie. Metodą według wynalazku wafel krzemowy zanurzano pięć razy w roztworze o stężeniu nanocząstek 0,15 mgau/ml i NaCI 2 mol/l. Czas pojedynczego zanurzenia wynosił 5 minut. Po pokryciu nanocząstkami powierzchnie oczyszczano w plazmie tlenowej przez 4 minuty a następnie płukano w wodzie i metanolu. Fig. 8 przedstawia zdjęcie otrzymanej powierzchni wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym. Lepszy kontrast zdjęcia w porównaniu z przykładem 8 wskazuje na to, że nieprzewodząca warstwa organiczna została usunięta z nanocząstek. Z powodu jej usunięcia doszło do częściowej, lokalnej agregacji nanocząstek. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pokrywania powierzchni materiału nanocząstkami, obejmujący etap zanurzania wspomnianej powierzchni w roztworze zawierającym mieszaninę nanocząstek pokrytych naładowaną warstwą organiczną bądź polimerową oraz soli, znamienny tym, że wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane jednoimiennie a stężenie wspomnianej soli we wspomnianym roztworze wynosi od 0,01 mol/l do 2,0 mol/l. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomniana powierzchnia naładowana jest dodatnio, zaś wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane ujemnie. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wspomniany roztwór jest roztworem wodnym. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wspomniany roztwór jest roztworem niewodnym.
PL 217 816 B1 7 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wspomniany roztwór jest roztworem metanolowym. 6. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienny tym, że wspomniana sól jest solą nieorganiczną. 7. Sposób według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienny tym, że wspomniana sól jest solą organiczną. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wspomniana sól jest solą kwasu karboksylowego. 9. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki mają rozmiar od 1 nm do 100 nm. 10. Sposób według dowolnego z zastrz. 1 albo od 3 do 9, znamienny tym, że wspomniana powierzchnia naładowana jest ujemnie, zaś wspomniany roztwór zawiera wyłącznie cząstki naładowane dodatnio. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki są nanocząstkami metalicznymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej Au, Ag, Pt, Pd. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki są nanocząstkami półprzewodnikowymi, korzystnie wybranymi z grupy obejmującej CdS, CdSe, CdTe, InP, PbS, InAs, ZnO. 13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki są nanocząstkami dwu- lub wieloskładnikowymi typu jądro-skorupka, ang. core-shell, z wierzchnią warstwą korzystnie obejmującą CdSe, ZnS, ZnSe. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki są nanocząstkami CdTe/CdSe, CdSe/ZnS lub CdSe/ZnSe. 15. Sposób według dowolnego z zastrz. od 10 do 14, znamienny tym, że wspomniane nanocząstki pokryte są dodatnio naładowaną warstwą chlorku 11-merkaptoundecylotrimetyloaminowego, TMA. 16. Sposób według dowolnego z zastrz. od 10 do 15, znamienny tym, że pokrywana powierzchnia jest powierzchnią wybraną spośród szkła, tlenku indu domieszkowanego cyną, ITO, krzemu, arsenku galu lub innych półprzewodników. 17. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń od 1 do 16, znamienny tym, że czas pojedynczego zanurzenia wynosi od 10 sekund do 60 minut, korzystnie od 15 sekund do 10 minut. 18. Sposób według dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń od 1 do 17, znamienny tym, że wspomniany etap zanurzania powtarza się. 19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że liczba powtórzeń wynosi od 2 do 10.
8 PL 217 816 B1 Rysunki
PL 217 816 B1 9
10 PL 217 816 B1
PL 217 816 B1 11
12 PL 217 816 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)