In situ Monitoring of the Synthesis and Treatment of Various Nanoparticles in a Plasma System
Nanoparticles offer a range of desirable properties compared to their bulk material counterparts. Their nanoscale dimensions result in extreme surface-to-volume ratios as well as quantum confinement effects, which make them prime targets for applications in various fields such as catalysis, biomedicine, opto-electronics, or neuromorphic computing. This work is concerned with the synthesis and treatment of carbon and silicon nanoparticles, as well as silver-silicon core-shell nanoparticles using plasma discharges with a special focus on their in situ diagnostics. Continuous in situ monitoring via Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and localised surface plasmon resonance during the plasma treatment allows for fine-grained control of the nanoparticle properties such as size, chemical composition, or surface functionalisation, which are key for various applications. The results are confirmed by extracting particle samples for ex situ transmission electron microscopy.
Der Übergang von Bulkmaterialien zu Nanopartikeln eröffnet eine Vielzahl an neuen Eigenschaften. Durch ihre Größe im Nanometerbereich besitzen diese ein extremes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und zeigen Quanteneinschlusseffekte, die in vielerlei Anwendungen zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel der Katalyse, Biomedizin, Optoelektronik oder bei neuromorphen Systemen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung und Behandlung von Kohlenstoff-, Silizium- und Silber-Silika-Kern-Schalen-Nanopartikeln in einer Plasmaentladung mit besonderem Fokus auf die in-situ Diagnostik. Durchgehende in-situ Kontrolle durch Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie (FTIR) und Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR) während der Plasmabehandlung erlaubt eine exzellente Kontrolle der Partikelparameter wie ihrer Größe, ihrer chemischen Zusammensetzung oder ihrer Oberflächenfunktionalisierung, die von zentraler Bedeutung für die verschiedenen Anwendungen sind. Die Ergebnisse aus diesen Untersuchungen werden durch Extraktion von Proben und ex-situ Transmissionselektronenmikroskopie fundiert.
Les nanoparticules se distinguent des matériaux bulk par une série de nouvelles propriétés. Leurs dimensions nanométriques sont la source de rapports surface-volume extrêmes et d'effets de confinement quantique. Ils ont donc des nombreuses applications dans divers domaines tels que la catalyse, la biomédecine, l'optoélectronique et les systèmes neuromorphiques. Cette thèse concerne la synthèse et le traitement de nanoparticules de carbone, de silicium et de type cœur-coquille d'argent-silice à l'aide de décharges de plasma, avec un accent particulier sur leur diagnostic in situ. Le monitorage continu in situ via la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la résonance plasmonique localisée de surface (LSPR) pendant le traitement au plasma permet un contrôle précis des propriétés des nanoparticules telles que leur taille, leur composition chimique ou leur fonctionnalisation de surface, qui sont essentielles pour leurs diverses applications. Les résultats sont confirmés par l'extraction d'échantillons pour la microscopie électronique en transmission ex situ.
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