Fotofizyka nanomateriałów (dla energii odnawialnej)

Spośród metod fizycznej preparacji cienkich warstw (tzw. physical vapor deposition - PVD) w naszym zakładzie używana jest technika PLVD (pulsed laser vapor deposition), która opiera się na ablacji materiału pod wpływem impulsu wiązki laserowej. Technika ta jest szczególnie przydatna do celów badawczych, ze względu na możliwość wyboru i kontroli w szerokim zakresie warunków i parametrów procesu. Wybieralnymi parametrami procesu są: temperatura substratu, ciśnienie podstawowe, intensywność strumienia par (geometria układu, odległość podłoża od źródła par, szybkość parowania), energia strumienia par (w zależności od gęstości energii impulsu, długości fali lasera i częstości), rodzaju użytego materiału do produkcji pary (stałej lub sproszkowanej/ sprasowanego nanoproszku) oraz rodzaj i ciśnienie gazu buforowego.

Uzyskane nanoporowate warstwy z nowymi właściwościami powierzchni i kontrolowaną porowatością mogą być stosowane w różnych dziedzinach produkcji, np. do produkcji powierzchni hydrofobowych, hydrofilowych, katalitycznych i fotokatalitycznych.

Zależność ciśnienia od intensywności pasm w widmach ramanowskich dla
anatazu (A) i rutylu (R) w zakresie ciśnień 5.4 ×10^-4 < p < 1.2 ×10^-2 hPa

Widma XRD warstw osadzanych pod ciśnieniem 1.2x10^-2 i 1.6x10^-3 hPa;
A, R i Si oznaczają odpowiednio anataz, rutyl i krzem

Zdjęcia SEM próbki osadzanej pod ciśnieniem 4.6x10^-3 hPa (a),
oraz skan liniowy EDX zawartości Ti w przekroju próbki (b)

W naszym laboratorium badany jest także rozkład wielkości cząstek, morfologia i właściwości optyczne struktur nanocząsteczek Au w zależności od warunków ich przygotowania. Struktury są wykonane z cienkich warstw Au napylonych na podłoże szklane SiO2 i wyżarzane kilkoma impulsami promieniowania laserowego. Badania SEM pokazują kuliste cząsteczki złota, prawie równomiernie rozłożone. Na podstawie intensywności pasm w widmach Ramana rejestrowanych dla rodaminy 6G w zakresie 300 - 1800 cm-1 potwierdzono, że otrzymane struktury są odpowiednie dla pomiarów i wykrywania efektu SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy).

Zdjęcia SEM nanocząstek Au uzyskane dla warstw o grubości d ~ 10 nm,
naświetlane (a) 5, oraz (b) 10 impulsami lasera
o długości fali 266 nm i gęstości energii 100 mJ/cm²