Nanomönster och funktionella flerskiktsstrukturer
Forskning om nanomönstring av ytor med hjälp av självmontering av blockco-polymerer.
I grupperna vid Uppsala universitet har vi utvecklat metoder för att tillverka optiska metamaterial genom självmonteringsmetoder med hjälp av kolloidal templating och tunnfilmsdepositionsteknik. UU-gruppen har utvecklat metoder för att tillverka omvända opaler med oberoende inställbart fotoniskt bandgap och optiskt bandgap (fig. 4), och visat att de är användbara i fotokatalytiska och elektrokroma tillämpningar.
Figur 4: Inverterad opal Al2O3 med en innerdiameter på 160 nm. Ett fotokatalytiskt material deponeras antingen som nanopartiklar med hög ytarea på innerväggarna i Al2O3-ställningen, eller som ytterligare skikt som deponeras på väggarna, t.ex. genom ALD (atomic layer deposition), för att oberoende modifiera de fotoniska och elektroniska bandgapsegenskaperna hos den inverterade opalstrukturen.
Inom områdena nanokromik och avstämbara optiska filter bedriver vi forskning om nanomönstring av ytor med hjälp av självmontering av blockco-polymerer. Mallen kan ha olika form som funktion av volymfraktionen av hydrofob polymer för att uppnå nanostrukturerade sfäriska eller cylindriska mönster på substratet. Nanostrukturerade filmer som framställs på detta sätt kan t.ex. förbättra den optiska transparensen när de används som substrat för kromiska tunnfilmer, eller göra filmer med graderat brytningsindex, tunn optisk tjocklek och stor exponerad yta, och även möjliggöra tillverkning av flerskiktsfilmer med selektiva elektron- och fonontransportegenskaper. Nya inriktningar inom forskningen inkluderar utveckling av nya polymera mallstrukturer. Fig. 5 illustrerar syntesen av nanorodmallar med block-copolymerer för tillverkning av nanorodstrukturer.
Figur 5: Syntes av nanostavar med blockcopolymeren (PS-b-PDMS)/P4VP, där P4VP bestämmer höjden på nanomönstret. Punktmönstret på P4VP-polymeren fungerar som etsmask för att skapa stavstrukturen.
Efter nedsänkning i metalljonlösning är det möjligt att skapa nanostrukturer av metalloxid efter ICP-RIE-behandling. Nanotemplating kan användas för att tillverka multikroma och transparenta ledande anordningar. Man kan t.ex. tillverka termokroma tunnfilmer, metalloxid (MO) eller OMO-strukturer med hög genomskinlighet för synligt ljus med hjälp av nanostrukturerade termokroma MO- och ITO-material, vilket ger multifunktionella transparenta ledande material. I synnerhet TCO för optoelektroniska och kromogena tillämpningar.
Referenser
[26] S. Kim et al., Transparent conductive oxide thin film sandwich structures exhibiting enhanced optical and thermoelectric properties, Adv. Mater (2022).
[27] Hui-Ying Qu, Jun-Xin Wang, José Montero, and Gunnar A. Niklasson, Lars Österlund, Electrochromic and Structurally Colored Nickel Oxide Films, J. Appl. Phys. 129, 123105 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0043673
[28] D. M. Lebrun, PhD Thesis, Uppsala University (2017) http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-300408
[29] D. M. Lebrun, and L. Österlund, Demonstration of slow photon chemistry on multilayer inverse opals, Sci. Adv. Mater. 9(11) (2017) 1947-1952. https://doi.org/10.1166/sam.2017.2833
[30] L. Österlund, A. W. Grant, and B. Kasemo, Lithographic Techniques in Nanocatalysis, in Nanocatalysis, Eds: U. Heiz, and U. Landman, Nanocatalysis, Series: NanoScience and Technology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2007), pp 269-341. ISBN 978-3-540-74551-8. http://www.springer.com/gp/book/9783540326458. (citations: 187).
[31] L. Österlund, S. Kielbassa, C. Werdinius, and B. Kasemo, Reactivity of Pt/ceria and Pt/alumina planar model catalysts prepared by colloidal lithography, J. Catal. 215, 94 (2003).