Nanoparticles self-assembly and application to chemical sensors

Abstract

The goal of this thesis is to contribute to the development of innovative techniques in the self-assembly of nanoparticles of various materials into well-ordered structures. In this work chemically synthesized gold nanoparticles were used. We first combined the gold colloid with ink-jet printing and the dielectrophoresis technique and successfully fabricated gold nanowires. Using the fracture induced patterning technique the photoresist was patterned into gratings with a periodicity of several microns. Using these structures we developed a process to fabricate nanowire arrays of gold nanoparticles. Also, nanoparticles of several materials (Si, Ni, Pt, Ag) using physical vapor deposition formed nanoparticle films on the structures that were mentioned before. Also, a self-assembly technique using the Ostwald Ripening of Ag Nanoparticles was developed. Finally, using the ink-jet printing technique a chemical gas sensor was fabricated.

Ο στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να συμβάλλει στην ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών στην αυτό-συναρμολόγηση νανοσωματιδίων σε καλά οργανωμένες δομές. Επίσης για ορισμένες από τις δομές που παρασκευάστηκαν, μελετήθηκαν οι ιδιότητές τους ως χημικοί αισθητήρες. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν κολλοειδή διαλύματα νανοσωματιδίων χρυσού που συντέθηκαν με χημικές διαδικασίες. Μέσω της τεχνικής εκτύπωσης ink-jet και της διηλεκτροφόρησης παρασκευάστηκαν με επιτυχία νανονήματα χρυσού. Μέσω της τεχνικής δημιουργίας περιοδικών δομών μέσω θραύσης το photoresist διαμορφώθηκε σε «σχάρες» με περιοδικότητα κάποιων μικρών. Με αυτές τις δομές αναπτύχθηκε μια διαδικασία για την κατασκευή συστοιχιών νανονημάτων νανοσωματιδίων χρυσού. Επίσης νανοσωματίδια από διάφορα υλικά (πυρίτιο, νικέλιο, πλατίνα και ασήμι) μέσω της εναπόθεσής τους από την αέρια φάση (κατασκευάστηκαν μέσω DC magnetron sputtering) σχημάτισαν αντίστοιχα φιλμ επί των δομών που αναφέρθηκαν πριν. Ακόμα μία μέθοδος αυτοοργάνωσης μέσω της τεχνικής Ostwald Ripening αναπτύχθηκε. Τέλος, μέσω της τεχνικής εκτύπωσης ink-jet κατασκευάστηκε ένας χημικός αισθητήρας ανίχνευσης ατμών.