Hybridní částice připravené pomocí agregací v plynné fází ve výbojích válcových magnetronů
| Název práce v češtině: | Hybridní částice připravené pomocí agregací v plynné fází ve výbojích válcových magnetronů |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Hybrid nanoparticles produced by gas aggregation in cylindric magnetron discharges |
| Klíčová slova: | nanočástice|plazmatické metody|válcový magnetron |
| Klíčová slova anglicky: | nanoparticles|plasma methods|cylindric magnetron |
| Akademický rok vypsání: | 2024/2025 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF) |
| Vedoucí / školitel: | prof. Ing. Andrey Shukurov, Ph.D. |
| Řešitel: | |
| Konzultanti: | Daniil Nikitin, Ph.D. |
| prof. RNDr. Hynek Biederman, DrSc. | |
| Zásady pro vypracování |
| bude upřesněno, podrobnější informace choukourov@kmf.troja.mff.cuni.cz, +420-951552338 |
| Seznam odborné literatury |
| Y. Huttel, Gas-Phase Synthesis of Nanoparticles, Wiley-VCH 2017, p. 395.
N. Khomiakova et al. Cu/Ag bimetallic nanoparticles produced by cylindrical post-magnetron gas aggregation source - A novel galvanic corrosion-based antibacterial materiál, Vacuum 217 (2023) 112586. doi: 10.1016/j.vacuum.2023.112586. S.Ali-Ogly, et al. Computational fluid dynamics predicts the nanoparticle transport in gas aggregation cluster sources J. Phys. D: Appl. Phys. 55 (2022) 445203; doi: 10.1088/1361-6463/ac8c4e D. Nikitin, et al. Novel gas aggregation cluster source based on post magnetron, Plasma Proc. Polym. 18 (2021) e2100068. doi: 10.1002/ppap.202100068 |
| Předběžná náplň práce |
| V posledních letech byl značný zájem věnován vakuové přípravě kovových klastrů a nanočástic. Mezi mnoha navrhovanými koncepty se staly nejoblíbenějšími koncepty založené na agregaci nanočástic v plynné fázi pomocí magnetronového rozprašování. Komerční plynové agregační klastrové zdroje využívají planární magnetrony jako nástroj pro dodávání atomů rozprašovaného kovu do plynné fáze. Skupina tenkých vrstev a povrchů matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy se intenzivně tomuto tématu věnovala. Byly vyrobeny zdroje s planárními magnetrony pro přípravu nanočástic z jednoho či dvou kovů anebo nitridů kovů. Kromě toho naše skupina první prokázala přípravu heterogenních nanočástic kov-plazmový polymer.
Nedávno jsme vyvinuli nový plynový agregační klastrový zdroj, ve kterém je místo planárního magnetronu umístěn válcový (cylindrický) magnetron s rotačním magnetickým obvodem. Tento zdroj byl úspěšně použit pro výrobu Cu a Ag nanočástic, přičemž rotace magnetického pole zajišťovala rovnoměrné využití válcového terče. Podrobná charakterizace plazmatu však nebyla provedena a stále chybí informace o korelaci mezi parametry plazmatu, atomistickými procesy samotného naprašování a procesy nukleace, růstu a transportu nanočástic. Hlavním cílem navrhovaného výzkumu je prozkoumat základní korelace mezi elementárními procesy v plazmatu a tvorbou nanočástic v novém plynovém agregačním klastrovém zdroji vybaveném cylindrickým magnetronem s rotujícím magnetickým obvodem nebo rotujícím terčem, a prozkoumat konvenční režim naprašování ve srovnání s reaktivním naprašováním a pulzním režimem (včetně HiPIMS) pro přípravu nanočástic kovů, nitridů kovů a případně oxidů kovů, které jsou atraktivní pro potenciální aplikace jako jsou energy harvesting pro výrobu vodíku, neplatinové katalyzátory pro pálivé články, pro sensing plynů a v biomedicínských aplikacích jako kontrastní agenty pro magnetickou rezonancí. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| In recent years, considerable interest has been paid to the vacuum-based production of metal clusters and nanoparticles (NPs). Among many proposed concepts, those based on sputter-based gas aggregation have become the most popular. Commercial gas aggregation cluster sources use planar magnetrons as a tool to supply sputtered metal atoms to the gas phase. Intensive work on this topic has been done in the Group of Thin Films and Surfaces at Charles University. Custom-designed planar magnetron sources have been built to produce single-metal, bimetal, and metal nitride NPs. Furthermore, our group was the first to produce heterogeneous metal-plasma polymer NPs.
Recently, we developed a novel gas aggregation cluster source in which a post (cylindrical) magnetron with a rotating magnetic circuit is placed instead of a planar magnetron. This source was successfully used for the production of Cu and Ag NPs, with the rotation of the magnetic field providing a uniform usage of a cylindrical target. However, detailed plasma characterization was not performed, and information on the correlation between the plasma parameters, the atomistic processes of sputtering itself, and the processes of nucleation, growth, and transport of the NPs is still missing. The main aim of the proposed research is to investigate fundamental correlations between elementary plasma processes and the formation of NPs in the novel gas aggregation cluster source equipped with a post (cylindrical) magnetron with a rotating magnetic circuit or rotating target and investigate the conventional mode of sputtering vs. reactive magnetron sputtering and pulsed mode (including HiPIMS) with the synthesis of NPs of metals, metal nitrides, and optionally metal oxides, which are attractive for potential applications in energy harvesting for hydrogen production, as non-platinum group catalyst for fuel cells, in gas sensing, and in biomedical applications as magnetic contrast agents for MRI. The applicant must hold a master’s diploma and have the necessary research abilities in the branch of Biophysics, Chemical, and Macromolecular Physics. |