Nové aplikace nízkotlakého plazmatu v plynovém agregačním zdroji nanočástic

• Thesis title in Czech: Nové aplikace nízkotlakého plazmatu v plynovém agregačním zdroji nanočástic
• Thesis title in English: Novel low-presure plasma applications in gas aggregation cluster source
• Key words: Plynový agregační zdroj, nanočástice
• English key words: Gas aggregation source, nanoparticles
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: dissertation
• Department: Department of Macromolecular Physics (32-KMF)
• Supervisor: prof. RNDr. Hynek Biederman, DrSc.
• Advisors: doc. RNDr. Ondřej Kylián, Ph.D.

Guidelines

Bude upřesněno, podrobnější informace ([e-mail])

References

Y. Huttel, Gas-Phase Synthesis of Nanoparticles, Wiley-VCH 2017
P. Milani, M. Sowwan, Cluster Beam Deposition of Functional Nanomaterials and Devices, Elsevier 2020

Aktuální časopisecká literatura týkající se dané problematiky.

Preliminary scope of work

Možnost přípravy nejrůznějších typů jedno i vícesložkových nanočástic pomocí plynových agregačních zdrojů využívajících nerovnovážné plazma vykazuje výhody, které tato metoda nabízí ve srovnání s postupy založenými na chemické syntéze, jako jsou čistota produkovaných nanočástic, směrovost depozice či možnost kombinace plynových agregačních zdrojů s dalšími vakuovými depozičními technikami. Nicméně i přes velký rozvoj, který plynové agregační zdroje zaznamenaly v poslední době, některé aspekty zůstávají stále nedostatečně popsány. To se týká zejména vlastního vzniku, růstu a transportu nanočástic v agregační komoře a závislosti těchto procesů na depozičních podmínkách (tlak, výkon, frekvence budícího napětí, proud a složení pracovního plynu). Navíc existují možnosti změnit klasickou konfiguraci magnetronového výboje nebo nově využít jiné typy nízkotlakého plazmatu pro zvýšení množství produkovaných nanočástic.

V rámci této práce budou podrobně experimentálně studovány všechny tyto jevy jak pomocí metod diagnostiky plazmatu (optická emisní spektroskopie, měření Langmuirovými sondami, hmotnostní spektroskopie, termální sondy), tak i pomocí technik, které umožňují časově a prostorově rozlišené určování množství nanočástic v agregační komoře (laserový rozptyl, UV-Vis spektrofotometrie). Takto získané výsledky budou dále srovnávány s vlastnostmi produkovaných nanočástic (morfologie, struktura, optické a elektrické vlastnosti) s cílem popsat vztah mezi procesy odehrávajícími se v agregační komoře a výslednými vlastnostmi nanočástic.

Preliminary scope of work in English

Preparation of various types of single and multicomponent nanoparticles by gas aggregation sources (GASes) using low-temperature plasma reveals advantages in comparison with processes based on chemical synthesis. These advantages are the purity of produced nanoparticles, directionality of the deposition or possibility to combine GASes with other vacuum deposition techniques. Despite the enormous development that GASes underwent in the last time some aspects remain poorly described. This concerns especially the formation, growth and transport of nanoparticles in the aggregation chamber and the dependence of these processes on the deposition conditions (pressure, power, voltage excitation frequency, current and composition of working gas mixture). In addition, there are possibilities to change the classical magnetron configuration or apply new types of low-pressure plasma to increase the amount of produced NPs.

In the frame of this work, all these phenomena will be studied in detail using methods of plasma diagnostics (optical, emission spectroscopy, Langmuir probe measurements, mass spectroscopy, thermal probes) as well as by means of time and space resolved techniques to detect the NPs in the aggregation chamber (laser light scattering, UV-VIS spectrometry). The results obtained will be further compared with the properties of produced NPs (morphology, structure, optical and electrical properties) with the aim to describe the relationship between the processes taking place in the aggregation chamber and resulting properties of the NPs.