X-Spectrum探测器用于观察金薄膜的生长
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纳米材料由一种带有超薄金属层的聚合物组成，用于许多先进技术，如电视或平板电脑屏幕上的有机LED、有机太阳能电池、传感器或燃料电池。在其中的许多项目中，他们承诺提高成本效率，这使得纳米材料对这些行业特别有吸引力。因此，对于金属-高分子杂化材料及其制造工艺的优化，人们进行了大量的研究。超薄金属层，例如金薄膜，是通过溅射沉积产生的:在工业应用中，这在几秒钟内就可以完成。因此，如果想要观察金原子到达基底时的行为，就需要在非常小的空间尺度和极高的时间分辨率上监控这一过程。现在，这种观察实现了。 |
溅射沉积在纳米层上的产生 |
实验设置
来自德国DESY (DESY)的一个研究小组（Matthias Schwartzkopf）观察到金原子在聚苯乙烯衬底上的溅射沉积。他们在PETRA III (DESY)的P03光束线站上，利用掠入射小角度x射线散射(GISAXS)，以解决小空间尺度难以表征的难题。本实验所要求的亚毫秒分辨率是通过LAMBDA 750k探测器实现的，该探测器允许以超过23 kHz的速率进行图像采集。
Schwartzkopf说：“LAMBDA探测器具有小像素大小和高帧率的优点，利用现代同步辐射光源的高亮度来获得快速纳米结构过程的实时分析的理想探测器平台。这使我们能够以低于百万分之一毫米的空间分辨率和每秒2000张图像的速度来检测聚合物基板上的超薄金层的生长，这是迄今为止在同步加速器上使用表面敏感x射线散射从未达到的帧率。”
设置 | PETRA III，德国电子同步加速器(DESY)， P03束线 |
探测器 | LAMBDA 750K Si detector |
分辨率 | 7865,432 pixels with 55μm |
采集频率 | 2 kHz |
光子能量 | 13 keV |
GISAXS装置。在探测器平面上，显示了一个典型的散射图像。在金沉积开始后的1秒内叠加了100多张单张图像。x射线图像由Matthias Schwartzkopf提供。
结果
通过实验，Schwartzkopf和他的同事们观察到了金纳米层的形成。他们发现，在最初的几毫秒内，一小部分金原子穿透了衬底材料，而另一些则开始形成垂直双原子团簇。金原子在表面下的富集已经改变了的材料热力学行为，足以掺杂聚合物层，这可以在某些应用中加以利用。作者还自信地表示，这种对纳米层形成的实时观察可以用于研究不同沉积条件的影响，例如不同衬底温度，而且这种技术也可能允许控制和优化金属-聚合物杂化材料的制造。
REFERENCE
M. Schwartzkopf, S.-J. Wöhnert, V. Waclawek, N. Carstens, A. Rothkirch, J. Rubeck, M. Gensch, J.Drewes, O. Polonskyi, T. Strunskus, A. M. Hinz, S. J. Schaper, V. Körstgens, P. Müller-Buschbaum, F.Faupel and S. V. Roth (2021): Real-time insight into nanostructure evolution during the rapid formation of ultra-thin gold layers on polymers. Nanoscale Horizons 6, 132–138;https://doi.org/10.1039/D0NH00538J