![](img/space.gif) |
Kombinált mikro-nanotechnológiai eljárások és ellenőrzésük lokális analitikai technikákkal: a mintázatképzéstől az alkalmazások felé
|
súgó
nyomtatás
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Projekt adatai |
|
|
azonosító |
![](img/space.gif) 112114 |
típus |
K |
Vezető kutató |
Zolnai Zsolt |
magyar cím |
Kombinált mikro-nanotechnológiai eljárások és ellenőrzésük lokális analitikai technikákkal: a mintázatképzéstől az alkalmazások felé |
Angol cím |
Combined micro-nanotechnology supported by local probe analytical techniques: from pattern formation toward applications |
magyar kulcsszavak |
kombinált mikro-nanotechnológia, részecskék térben szelektív leválasztása, nanorészecske |
angol kulcsszavak |
combined micro-nanotechnology, precise placement of particles, nanoparticle |
megadott besorolás |
Anyagtudomány és Technológia (elektronika) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 100 % |
|
zsűri |
Informatikai–Villamosmérnöki |
Kutatóhely |
Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet (HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont) |
résztvevők |
Battistig Gábor Deák András Gergely-Fülöp Eszter Nagy Norbert Pothorszky Szilárd Tóth Attila Lajos Zámbó Dániel
|
projekt kezdete |
2014-09-01 |
projekt vége |
2018-08-31 |
aktuális összeg (MFt) |
20.121 |
FTE (kutatóév egyenérték) |
7.60 |
állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A nano-tudományok eredményeként születő, nanorészecskéket tartalmazó rendszerek: plazmonikus eszközök, bioszenzorok, hibrid napelemek esetén alapvetően a határfelületeken zajló fizikai, kémiai folyamatok határozzák meg a nanorészecskék viselkedését. Technológiai szempontból fontos, hogy az egyes részecskéket célzottan tudjuk az eszköz megfelelő helyére juttatni, míg az alkalmazásoknál követelmény, hogy a lokális környezet szabályozása elkülönülten, az egyes részecskék szintjén, szub-mikronos skálán történjen. Így hozható létre nagy felületi eszközsűrűség kompakt adatfeldolgozó rendszerekben, vagy lab-on-a-chip struktúrákon. A jelen pályázatban célunk – korábbi mikro-nano megmunkálási tapasztalatainkra alapozva – olyan hierarchikusan rendezett felületi struktúrák létrehozása, amelyek alkalmasak a nanorészecskék irányított, térben szelektív megkötésére elektrosztatikus és kémiai kölcsönhatás útján. A mintázatképzés nanogömb litográfiával történik, amely – a szelektív kötőhelyek létrehozására alkalmazott korábbi módszerekkel szemben – gyors, olcsó, flexibilis, és egy lépésben makroszkopikus felületeken is működik. Esetünkben félvezetők (Si, SiC) és szigetelők (SiO2, Si3N4) felületi periodikus potenciál mintázatai biztosítják a szelektív kötőhelyeket, ahol a periodicitást a részecskeméret közelébe hangoljuk. A kölönböző alakú és méretű részecskék optikai és elektromos tulajdonságaiban (plazmonikus gerjesztés, statikus polarizáció) a kötőhelyek hatására bekövetkező változásokat követjük a lokális paraméterek (felületi potenciál, lokális kémiai környezet) függvényében. A pályázat alapvető célja a felvázolt koncepció alkalmazhatósági körének szisztematikus feltérképezése.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Míg a tömbi anyagok robusztus top-down technológiákon (reziszt technikák, elektronsugaras litográfia) alapuló nano-léptékű megmunkálása nagy felületeken is reprodukálhatóan működik, addig a hibrid, nanorészecskéket tartalmazó anyagi rendszerek: plazmonikus eszközök, nano-bioérzékelők, hibrid napelemek, nem felejtő memória cellák esetén nem triviális, hogy az egyes részecskéket célzottan, a kívánt koncentrációban és elrendezésben az eszköz megfelelő helyére juttassuk. Ehhez alkalmas bottom-up módszerek szükségesek, amelyek általában kis felületen, kis hozammal működnek. Jelen pályázatban a korábbi tapasztalatainkra alapozva a makroszkopikus felületeken is működő ionsugaras nanogömb litográfia és a kolloid kémiai összekapcsolásával hozunk létre rendezett mintázatokat különböző jellegű, az alkalmazások szempontjából fontos félvezetők és dielektrikumok felületén. A mintázatok által kijelölt helyeken lehetővé válik az arany és arany-szilika részecskék szelektív megkötése elektrosztatikus és kémiai kölcsönhatáson keresztül. Eközben vizsgáljuk a részecskék optikai, elektromos tulajdonságait, mivel a konkrét szenzorikai alkalmazásoknál fontos kérdés a szubsztrát jelenlétének a plazmon rezonancia eltolódására, kiszélesedésére gyakorolt hatása. A projekt alapvető célkitűzése egy nagy felületeken is használható mikro-nanotechnológiai eljárás megvalósítása, amellyel pl. rendezetten helyezhetők le katalizátor részecskék nanoszálak növesztéséhez, vagy a részecskéket nagy felületi sűrűségben tartalmazó szenzor struktúrákhoz, lab-on-a-chip alkalmazásokhoz.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A projektben elért eredmények minden olyan, modern technológiával előállított eszköz esetén hasznosulnak, amely - azok különleges optikai, elektromos, felületi tulajdonságai miatt - nanorészecskéket tartalmaz, és ahol a működés szempontjából egyaránt fontos követelmény a részecskék nagy felületi sűrűségben való jelenléte és térben rendezett elhelyezésük. Így a felhasználások köre széles, a nano-bioérzékelőktől és markerektől a napelem technológián át az integrált elektronikáig és fotonikáig. Az eredmények hasznosulhatnak a gyógyászatban (pl. diagnosztikában), a mindennapi életben használatos elektronikai eszközökben és az energetikában. Ugyanakkor a technológiai szempontból hasznos eredmények mellett mélyebb betekintést nyerünk a részecske-szilárdtest kölcsönhatások szabályozhatóságának témakörébe. A projekt segítséget nyújt külföldi csoportokkal való kapcsolattartásban, elsősorban a megfelelő elméleti modellek alkalmazása terén. A projekt két fiatal résztvevője mellett csoportunk munkatársai szorosan együttműködnek egyetemekkel és doktori iskolákkal, így az eredmények az oktatásban is hasznosulhatnak.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A javasolt kutatási program célja olyan módszer kidolgozása, amely alkalmas néhány nanométer átmérőjű részecskék irányított, egy felületen előre kijelölt, a részecskékhez hasonlóan kicsiny méretű tartományokban történő elhelyezésére, és ezzel szabályos felületi részecske mintázatok kialakítására. Az általunk ajánlott eljárás a korábbi módszerekkel szemben gyors, olcsó, flexibilis, és segítségével egy lépésben nagy felületek is megmunkálhatók. A projekt eredményei minden olyan, modern technológiával előállított eszköz esetén hasznosulnak, amely - azok különleges optikai, elektromos, felületi tulajdonságai miatt - nanorészecskéket tartalmaz, és ahol a működés szempontjából egyaránt fontos követelmény a részecskék nagy felületi sűrűségben való jelenléte és rendezett térbeli elhelyezésük. Így a felhasználások köre széles, a nano-bioérzékelőktől a napelem technológián át az integrált elektronikáig és fotonikáig. Az eredmények felhasználhatók a gyógyászatban (pl. diagnosztikában), a mindennapi életben megjelenő elektronikai eszközökben, az energetikában. A projekt lehetőséget nyújt külföldi csoportokkal való aktív kapcsolattartásra, elsősorban a megfelelő elméleti modellek alkalmazása terén. A projekt két fiatal résztvevője mellett csoportunk munkatársai szorosan együttműködnek egyetemekkel és doktori iskolákkal, így az eredmények az oktatásban is hasznosulhatnak.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. In the new generation of nanomaterials for plasmonics, nano-biosensing, or hybrid solar cells, containing nanoparticles, the key processes occur at the interfaces, and the local environment has great influence on the behavior of particles. Practically, there is a strong demand to implement precise placement of nanoparticles to selected points of the device and in applications the control of the local environment is required on the length scale of single nanoparticles during manipulation or sensing. This is the desirable way toward compact data processing with high surface density packaging of devices or lab-on-a-chip structures. In this project, based on our previous work in micro-nanofabrication, efforts will be made to realize ordered nanopatterns with selective adsorption places for precise placement of gold and gold-silica nanoparticles on surfaces. Patterning will be performed with nanosphere lithography (NSL), a fast, flexible and cheap method, compared to other techniques proposed so far for particles guided placement. Moreover, NSL in one step works on macroscopically large areas. Semiconductor (Si, SiC) and dielectric (SiO2, Si3N4) substrates with irradiation-induced surface potential patterns will provide the selective adsorption sites for electrostatic force attraction. The length scale of the periodic surface potential is fitted to the particle size. The optical and electrical properties (plasmon resonance, static polarization) of particles with well defined shape and size, will be coupled to and manipulated by their controlled local environment (surface potential, local chemistry). The project focuses on the systematic investigation of the proposed concept.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Nowadays the large area nanofabrication of bulk material become available with robust top-down technology steps like resist techniques and electron beam lithography. Contrarily, for hybrid structures containing nanoparticles, e.g. plasmonic devices, nano-bio sensors, hybrid solar cells, non-volatile memory cells, the precise placement of particles to selected points of the device with appropriate concentration and spatial ordering is complicated task. Reported bottom-up approaches usually work on small areas compared to wafer scale and possess low throughput. In this project, based on our previous work in micro-nanofabrication, efforts will be made to realize ordered surface nanopatterns with selective adsorption places for precise placement of nanoparticles. We apply the well established nanosphere lithography technique combined with colloid chemistry for technologically important semiconductor and dielectric surfaces to achieve the precise guided placement of gold and gold-silica particles onto surfaces via controlled electrostatic and chemical interactions. The optical and electrical properties of the deposed particles and their ensembles will be investigated since the effect of the local physical-chemical environment on the position and width of plasmon resonances is crucial in specific sensor applications. The aim of the project is to develop a nanotechnology tool for large area ordered nanopatterning of surfaces with small particles. In this way several applications become available, e.g., the gold catalyst for nanowire growth can be placed directly to a desired position, as well as an array of gold nanoparticles for plasmonic or lab-on-a-chip applications.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The successfully accomplished project provides results which can be utilized in any device structure containing nanoparticles (due to their special optical, electrical, or surface properties) in ordered arrays of large surface areal density. Such applications are nano-bio sensors and markers, solar cell technology, integrated electronics and photonics. Accordingly, the results have relevant applications in medicine (diagnostics), electronic tools used in everyday life and energy conversion. In addition the project contributes to the understanding of nanoparticle-matter interactions and its controllability. According to the research plan our group will cooperate with international partners to find appropriate theoretical models for the interpretation of the experiments. Two young colleagues join the project and the other participants have active contact to university groups and doctoral schools, therefore our results can be utilized in education.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. In this project proposal efforts will be made to realize the guided placement of individual nanometer size particles and their ensembles to precisely selected areas of a surface. Accordingly, ordered surface patterns of the particles can be realized. The solution offered in our project is a fast, flexible and cheap method, compared to other techniques proposed so far for the guided precise placement of particles. Moreover, our method in one step works on macroscopically large surfaces. The proposed project provides results which can be utilized in any device structure containing nanoparticles (due to their special optical, electrical, or surface properties) in ordered arrays of large surface areal density. Such applications are nano-bio sensorics, solar cell technology, integrated electronics and photonics. Accordingly, the results can be utilized in medicine (diagnostics), energy conversion systems, and electronic tools used in everyday life and in specific apllications. According to the research plan our group will cooperate with international partners to find appropriate theoretical models for the interpretation of the experiments. Two young colleagues join the project and the other participants have active contact to university groups and doctoral schools, therefore our results can be utilized in education.
|
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Közleményjegyzék |
|
|
D. P. Szekrényes, S. Pothorszky, D. Zámbó, Z: Hajnal, Z. Osváth, and A. Deák: Surface chemical patch formation and self-assembly investigated at the single particle level, Proc. 32nd Conference of the European Colloid and Interface Society (ECIS 2018), Ljubljana, Slovenia, 2-7 September, 2018 | D. P. Szekrényes, S. Pothorszky, D. Zámbó, Z. Osváth, A. Deák: Investigation of Patchiness on Tip-Selectively Surface-Modified Gold Nanorods, Journal of Physical Chemistry C 122, 1706-1710, 2018 | Lugomer S, Zolnai Z, Tóth AL, Deák A, Nagy N: Ar+ ion irradiation-induced reorganization of colloidal silica nanoparticles in Langmuir–Blodgett monolayers, THIN SOLID FILMS 574: pp. 136-145, 2015 | Mayer M, Malinský P, Schiettekatte F, Zolnai Z: Intercomparison of ion beam analysis software for the simulation of backscattering spectra from two-dimensional structures, NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH B 385: pp. 65-73, 2016 | Battistig G, Zolnai Z, Németh A, Panjan P, Menyhárd M: Nanoscale SiC production by ballistic ion beam mixing of C/Si multilayer structures, JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS 49: Paper 185303, 2016 | Battistig G, Gurbán S, Sáfrán G, Sulyok A, Németh A, Panjan P, Zolnai Z, Menyhárd M: Wafer-scale SiC rich nano-coating layer by Ar+ and Xe+ ion mixing, SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY 302: 320-326, 2016 | Chandrappan J, Murray M, Kakkar T, Petrik P, Agocs E, Zolnai Z, Steenson DP, Jha A, Jose G: Target dependent femtosecond laser plasma implantation dynamics in enabling silica for high density erbium doping, SCIENTIFIC REPORTS 5: Paper 14037, 2015 | Jayakrishnan Chandrappan, Matthew Murray, Péter Petrik, Emil Agócs, Zsolt Zolnai, Agnès Tempez, Sébastien Legendre, D P Steenson, Animesh Jha, Gin Jose: Doping silica beyond limits with laser plasma for active photonic materials, OPTICAL MATERIALS EXPRESS 5: pp. 2849-2861, 2015 | Zámbó Dániel, Radnóczi György Z, Deák András: Preparation of compact nanoparticle clusters from polyethylene glycol-coated gold nanoparticles by fine-tuning colloidal interactions, LANGMUIR 31: pp. 2662-2668, 2015 | Dániel Zámbó, András Deák: Optical Simulations of Self-assembly Relevant Gold Aggregates: A Comparative Study, PERIODICA POLYTECHNICA-CHEMICAL ENGINEERING: Paper 9101, 2016 | Norbert Nagy, Dániel Zámbó, Szilárd Pothorszky, Eszter Gergely-Fülöp, András Deák: Identification of dewetting stages and preparation of single chain gold nanoparticle rings by colloidal lithography, LANGMUIR 32: pp. 963-971, 2016 | Örs Sepsi, Szilárd Pothorszky, Tuan Máté Nguyen, Dániel Zámbó, Ferenc Ujhelyi, Sándor Lenk, Pál Koppa, András Deák: Preparation and characterization of two-dimensional metallic nanoparticle and void films derived from a colloidal template layer, OPTICS EXPRESS 4: pp. A424-A429, 2016 | Sz Pothorszky, D Zámbó, T Deák, A Deák: Assembling patchy nanorods with spheres: Limitations imposed by colloidal interactions, NANOSCALE 8: pp. 3523-3529, 2016 | D Zámbó, Sz Pothorszky, D F Brougham, A Deák: Aggregation kinetics and cluster structure of amino-PEG covered gold nanoparticles, RSC ADVANCES 6: pp. 27151-27157, 2016 | Merkel DG, Bessas D, Zolnai Z, Rüffer R, Chumakov AI, Paddubrouskaya H, Van Haesendonck C, Nagy N, Tóth AL, Deák A: Evolution of magnetism on a curved nano-surface, NANOSCALE 7: pp. 12878-12887, 2015 | Albert E, Basa P, Deak A, Nemeth A, Osvath Z, Safran G, Zolnai Z, Horvolgyi Z, Nagy N: Introducing nanoscaled surface morphology and percolation barrier network into mesoporous silica coatings, RSC ADVANCES 5: pp. 60041-60053, 2015 | Emőke Albert, Pierre-Antoine Albouy, André Ayral, Péter Basa, Gabriella Csík, Norbert Nagy, Stéphanie Roualdès, Vincent Rouessac, György Sáfrán, Ágnes Suhajda, Zsolt Zolnai, Zoltán Hórvölgyi: Antibacterial properties of Ag-TiO2 composite sol-gel coatings, RSC ADVANCES 5: pp. 59070-59081, 2015 | Takács Máté, Zámbó Dániel, Deák András, Pap Andrea Edit, Dücső Csaba: WO3 nano-rods sensitized with noble metal nano-particles for H2S sensing in the ppb range, MATERIALS RESEARCH BULLETIN 84: pp. 480-485, 2016 | Szilágyi E, Bányász I, Kótai E, Németh A, Major C, Fried M, Battistig G: Determination of migration of ion-implanted Ar and Zn in silica by backscattering spectrometry, RADIATION EFFECTS AND DEFECTS IN SOLIDS 170 pp. 229-237, 2015 | M. Takács, D. Zámbó, A. Deák, A. E. Pap, I. Bársony: Gas sensitivity enhancement of WO3 nano-rods by gold nanoparticles, PROCEDIA ENGINEERING 120: pp. 1128-1131, 2015 | Z. Zolnai, A. Deák, D. Zámbó, S. Pothorszky, N. Nagy,G. Battistig, and E. Kótai: Comprehensive Three Dimensional Ion Beam Analysis of Gold and Silica Nanoparticles Supported by Silicon Substrates, Proc. 22nd International Conference on Ion Beam Analysis (IBA22), 2015 | Z. Zolnai, P. Petrik, A. Deák, S. Pothorszky, D. Zámbó, G. Vértesy, N. Nagy, A. K. Rossall and J. A. van den Berg: A three dimensional analysis of Au-silica core-shell nanoparticles using medium energy ion scattering, Proc. 8th International Workshop on High-Resolution Depth Profiling (HRDP8), 2016 | Z. Zolnai, A. Deák, N. Nagy, D. Zámbó, S. Pothorszky, and A. Németh: A Three Dimensional Approach for Structural and Electrical Characterization of Planar Sets of Gold Nanoparticles, Proc. 7th International Conference on Advanced Nanomaterials (ANM2016), 2016 | S. Pothorszky, D. Zámbó D, A. Deák: Structural and Optical Properties of Gold/Silica “Mushroom” Particles Prepared by Interfacial Templating, Particle & Particle Systems Characterization, 1600291, 2016 | S. Pothorszky, D. Zámbó, D. Szekrényes, Z. Hajnal, A. Deák: Detecting Patchy Nanoparticle Assembly at the Single-Particle Level, Nanoscale 2017, 9 (29), 10344–10349, 2017 | S. Pothorszky, D. Zámbó, D. Szekrényes, Z. Hajnal, A. Deák: Patchy nanoparticle preparation and self-assembly, Proc. 31st Conference of the European Colloid and Interface Society (ECIS 2017), 2017 | Dániel Zámbó, Szilárd Pothorszky, Norbert Nagy, András Deák: Programmed and directed self-assembly of gold nanoparticle: nanoparticle clusters and single-chain nanoparticle rings, World Materials Research Institute Forum (WMRIF 2016), Tsukuba, Japan, Nov 8-10, 2016 | Z. Zolnai, A. Deák, D. Zámbó, S. Pothorszky, N. Nagy,G. Battistig, and E. Kótai: Comprehensive Three Dimensional Ion Beam Analysis of Gold and Silica Nanoparticles Supported by Silicon Substrates, Proc. 22nd International Conference on Ion Beam Analysis (IBA22), 2015 | Z. Zolnai, G. Battistig, A. K. Rossall, J. A. van den Berg, A. Deák, S. Pothorszky, L. Illés, and G. Vértesy: Following ion irradiation-induced shape change of Au-silica core-shell nanospheres and nanorods by MEIS, Proc. 23rd Int. Conf. on Ion Beam Analysis (IBA-2017), Shanghai, China, Oct 8-13, 2017 | Z. Zolnai, P. Petrik, A. Deák, S. Pothorszky, D. Zámbó, G. Vértesy, N. Nagy, A. K. Rossall and J. A. van den Berg: A three dimensional analysis of Au-silica core-shell nanoparticles using medium energy ion scattering, Proc. 8th International Workshop on High-Resolution Depth Profiling (HRDP8), 2016 | Z. Zolnai, P. Petrik, A. K. Rossall, J. A. van den Berg, A. Deák, S. Pothorszky, G. Vértesy, L. Illés, G. Battistig: The role of large-angle dual scattering in the MEIS analysis of gold nanostructures, Proc. 23rd Int. Conf. on Ion Beam Analysis (IBA-2017), Shanghai, China, Oct 8-13, 2017 | A. K. Rossall, J. A. van den Berg, Z. Zolnai, P. Petrik, A. Deák, S. Pothorszky, G. Vértesy, L. Illés, and G. Battistig: Three-dimensional analysis of Au-silica core-shell nanoparticle clusters using medium energy ion scattering, Proc. 23rd Int. Conf. on Ion Beam Analysis (IBA-2017), Shanghai, China, Oct 8-13, 2017 | Z. Zolnai, A. K. Rossall, J. A. van den Berg, A. Deák, S. Pothorszky, D. Zámbó, L. Illés, and G. Battistig: Large-angle dual scattering yield in the MEIS spectra of gold nanostructures, Proc. 9th Int. Workshop on High-Resolution Depth Profiling (HRDP9), Uppsala, Sweden, June 25-29, 2018 | D. P. Szekrényes, S. Pothorszky, D. Zámbó, Z. Hajnal, Z. Osváth, A. Deák: Patchy nanoparticles and their assemblies investigated at the single particle level, Proc. 11th Colloid Chemistry Conference, Eger, Hungary, 28-30 May, 2018 |
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
vissza »
|
![](img/space.gif) |
|