Nanokoralowe ZnO
Światową nowością uzyskaną przez kierownika projektu jest opracowanie technologii wytwarzania cienkich warstw nanostrukturalnego ZnO na drodze reaktywnego magnetronowego rozpylania katodowego z poosadzeniowym wygrzewaniem [1]. Magnetronowe rozpylanie katodowe jest wielkopowierzchniową techniką próżniową stosowaną w zastosowaniach produkcyjnych. Dzięki odpowiedniemu doborowi parametrów rozpylania takich, jak skład mieszaniny gazów i jej ciśnienie a także parametrów wygrzewania poosadzeniowego, możliwe stało się wytworzenie porowatych warstw ZnO o morfologii nanokoralowej (por. rys. 1) [2,3].
Rys. 1. Obrazy SEM przełomu (a) cienkiej warstwy i TEM pojedynczego krystalitu (b) nanokoralowego ZnO.
Są to jedyne nanostruktury ZnO wytwarzane tą techniką próżniową. Badania elektronowej mikroskopii transmisyjnej i fotoluminescencji wykazały wysoką jakość strukturalną pojedynczych krystalitów [4] i możliwość kontroli koncentracji defektów przy pomocy zmian parametrów procesowych. Ponadto opracowano sposób wytwarzania tego materiału na podłożach elastycznych [5,6]. Nanokoralowe ZnO ma wysoko rozwiniętą powierzchnię o 35% porowatości i średnich średnicach krystalitów równych 50 nm. Cienkie warstwy nanokoralowego ZnO charakteryzują się silnym rozpraszaniem światła i białym kolorem, jednakże dla grubości warstw < 1 µm stają się one przezroczyste z transmisją większą niż 80%.
Własności nanokoralowego ZnO zostały zweryfikowane eksperymentalnie w konstrukcjach czujnikowych. Skonstruowano czujniki gazowe mierzące zmiany transmisji warstwy nanokoralowego ZnO w przepływie NO2 i suchego powietrza. Uzyskano limit detekcji 500 ppm przy czasie rejestracji równym 2 minuty [7]. Konstrukcja czujnika biochemicznego oparta była na krzemowym tranzystorze polowym z zewnętrzną bramką z nanokoralowego ZnO umieszczaną w analicie. Czujnik rejestrował zmiany pH w zakresie od 3 do 12, umożliwił detekcję cząstek albuminy serum bydlęcego w stężeniach 0.5 – 10 mg/ml [8] a także był wykorzystywany z sukcesem do potwierdzenia połączenia dwóch połówek helisy DNA.
Bibliografia
- M. Borysiewicz: "Sposób wytwarzania porowatej wysokorezystywnej warstwy półprzewodnikowej", forma ochrony: patent; numer zgłoszenia: P.396991; data zgłoszenia do UPRP: 2011-11-15
- M.A. Borysiewicz i in., Acta Physica Polonica A 125, No. 5 (2014) 1144-1148
- M.A. Borysiewicz i in., Phys. Status Solidi A 209, No. 12 (2012) 2463–2469
- M.A. Borysiewicz i in., J. of Luminescence 147C (2014) 367-371
- M. Borysiewicz: "Sposób wytwarzania porowatej wysokorezystywnej warstwy ZnO na elastycznym podłożu", forma ochrony: patent; numer zgłoszenia: P. 403202; data zgłoszenia wniosku do Urzędu Patentowego RP – 2013-03-18
- M.A. Borysiewicz i in., Thin Solid Films 550 (2014) 145–148
- M.A. Borysiewicz i in., MRS Proceedings, 1494 (2013) doi:10.1557/opl.2013.34
- M.A. Borysiewicz i in., MRS Proceedings, 1552 (2013) doi:10.1557/opl.2013.580
