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800{\text{ K}}\) , und ein typischer niedriger Grad von Ionisation \({\upchi } < 10^{ - 3} - 10^{ - 8} { }\) 2,6.Die aus der Entladung ausströmenden Plasmastrahlen sind elektrisch getriebene Erscheinungen;bestehend aus kleinen Plasmageschossen (Ionisationswellenfronten), die sich mit Geschwindigkeiten von 104–107 ms−12,23,25 ausbreiten.Solche Plasmaschemata bieten effiziente Möglichkeiten zur Erzeugung entfernt übertragener und einstellbarer Plasmavolumina mit hoher Ladungsdichte und sind in umfassenden Übersichtsberichten gut beschrieben2,6,27,28.Die in atomarem Argon und Helium angeregten Plasmastrahlen werden häufiger verwendet, um eine energieintensive und effektive Gasphasenchemie zu erreichen, ohne dass eine erhöhte Gastemperatur erforderlich ist, und um energiereiche Ladungsspezies zum Zielort zu transportieren2,6.Typischerweise sind diese Jets durch eine Elektronenladungsdichte (ne) ≤ 1013 cm−3 und eine Elektronentemperatur (Te) ⁓ 0,5–10 eV gekennzeichnet2,6,23,25.Insbesondere kann ein Heliumstrahl in beide Richtungen gestartet werden, indem die stromführende Elektrode (an den Wechselstrom-Hochspannungsanschluss angeschlossen) stromaufwärts und die Erdungselektrode stromabwärts des Gaszufuhrrohrs angeordnet oder die beiden Elektroden gegeneinander ausgetauscht werden.Im Fall von Argon hingegen emittiert es nur, wenn die stromführende Elektrode stromaufwärts und die Masseelektrode stromabwärts des Reaktorrohrs28,29 gesetzt wird.Eine Vielzahl von Nanomaterialien wurde mit DBD-Plasmajets unter Verwendung von Quellenvorläufern hergestellt2,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24.Bei der Plasmawechselwirkung dissoziieren die Quellenvorläufer effektiv, um reaktive Radikale und Ionen zu erzeugen und das Nanomaterial durch exotherme Reaktion auf der Partikeloberfläche aufzuheizen.Nanopartikel aus Platin und Gold wurden mit räumlich begrenzten Atmosphärendruck-Plasmastrahlen (APPJs) aus Wasserstoff bzw. Helium hergestellt21,24.In ähnlicher Weise wurden APPJs für die direkte Nanopartikelbeschichtung von Silber und Palladium auf Siliziumwafern, Stoffen und Al2O3 (Saphir) für antibakterielle und katalytische Anwendungen eingesetzt22.Aufgrund der einzigartigen Plasma-Material-Wechselwirkung könnten zukünftige ultradünne Materialien wie dotiertes Graphen, reduziertes Graphen (rGO) und über Graphen hinaus 2D-Materialien (h-BN, MoS2) für Superenergiegewinnungsgeräte wie Superkondensatoren und Breitband-Fotodetektoren hergestellt werden2 ,14.Ein wichtiges Merkmal von DBDs ist die Wechselwirkung der aktiven Plasmaspezies mit den Nanostrukturen mit der Wirkung, die Bildung von Agglomeraten aufgrund von Partikelaufladung zu verhindern6.Solche Nanomaterialien sind für spezifische Anwendungen wie Nanosilber für Antibiotika in der Meerestoxikologie sehr erwünscht30.In der Oberflächenwissenschaft bieten die übertragenen Plasmastrahlen von DBDs vernünftige Lösungen für mehrere Probleme, einschließlich Oberflächenaktivierung (für bessere Bindung), Funktionalitäten, Modifikation (für Hydrophobie, Hydrophilie) und Oberflächenätzung (für Musterung)2,6.Günstige Plasmastrahlbedingungen können eingerichtet werden, um den Prozess der Plasma-Partikel-Wechselwirkung zu steuern, um Oberflächen herzustellen, die mit dispergierten Nanopartikeln und/oder zusammengesetzten Nanostrukturen bedeckt sind.Eine Oberfläche mit zusammengesetzten Nanostrukturen bietet eine bessere chemische Erfassung bei der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) durch Verstärkung der SERS-Signale aufgrund der „heißen Stellen“31,32.Die Integration übertragener Entladungsstrahlen in den physikalischen Prozess eines Nanomaterials wie eine Laserablation ist ein großartiges Materialgeschäft in der Oberflächenwissenschaft: Dies ist vorteilhaft, um den Partikelverlust chemischer Vorläufer in dem von den Elektroden umgebenen aktiven Entladungsbereich zu beheben.Für die Laserablation bei atmosphärischem Gasdruck wird ein hochdichtes Plasma (variierend von ne 1,59–2,27 × 1018 cm–3) unter verschiedenen Umgebungsbedingungen gebildet33,34.Die Ablationsfahne trifft auf eine starke Stoßkopplung und wird vom Umgebungsgas eingefangen, um durch häufige Stoßkondensation ein Nanopartikel-Aerosol zu bilden35,36.Das so gebildete Teilchenaerosol kann mit einem Plasmastrahl verarbeitet werden, um es zur Abscheidung auf das Substrat zu liefern, um aktive Oberflächen zu bilden.Dieses Verfahren hat einen erheblichen Einfluss auf die pharmazeutische Industrie, indem es die Fließfähigkeit von feinkörnigem Pulver verbessert, um das Verstopfen von Apparaten und wertvolle Produktverluste zu verhindern und längere Wartungszeiten aufrechtzuerhalten37,38.Die Plasmawechselwirkung stimmt auch die Partikelgröße, die oberflächenmorphologischen Nanomerkmale und die räumliche Verteilung der Partikel ab25,32.Trotz ihres großen Potenzials in den Materialwissenschaften fehlen in der wissenschaftlichen Literatur solche Forschungsstudien, die von großer technologischer und futuristischer Bedeutung für eine direkte Nutzung sind, insbesondere im Grenzbereich zwischen Plasma und Oberfläche.In diesem Artikel wird über die Nachbearbeitung von plasmonischen Nanopartikel-Aerosolen aus Silber und ihre anschließende Abscheidung bei atmosphärischem Druck mit gasionisierten Medien aus Argon- und Helium-Plasmastrahlen berichtet.Bei dem Verfahren werden im Gegensatz zum herkömmlichen chemischen Injektionsverfahren hochreine Partikelaerosole durch einen ns-Laserablationsprozess erzeugt und in den externen Nachleucht-(eAG)-Entladungsströmen mitgerissen.Im Rahmen des staubigen Plasmas wird eine günstige Beschaffenheit der Plasmastrahlen beschrieben, die die Bildung von Agglomeraten hemmt und/oder bevorzugt begünstigt.Die zweckmäßige Partikelabscheidung bei Entladung wird durch das Phänomen des plasmainduzierten Ionenwinds erklärt.Der SERS-Empfindlichkeitsaspekt der Agglomerate im Fall von Argonplasma wird mit den räumlich dispergierten Partikeln verglichen, die mit dem Helium-Entladungsstrahl erhalten werden.Das zugrunde liegende Wissen über kalte Plasmastrahlen aus der Perspektive der Verarbeitung und Abscheidung eines Nanomaterials ist nützlich für Nanobeschichtungstechnologie, Nanodruck, biomedizinische, pharmazeutische, Katalyse- und Sensoranwendungen.In der schematischen Darstellung des in Abb. 1 gezeigten Versuchsaufbaus wurden Plasmajets in der röhrenförmigen Anordnung in atomaren Argon- und Heliumgasen mit einer Reinheit > 99,99 % angeregt.Die Fotos im Einschub zeigen sichtbares Plasma, das in fließendem Argon (rechts) und Helium (links) bei elektrischer Anregung gebildet wird.Zwei ringförmige Kupfermetallelektroden mit einer Dicke von jeweils 2 mm wurden auf die Außenfläche des Quarzrohrs (ε = 3,76 bei 1 MHz, 20 °C) mit Innen- und Außendurchmessern von 2,4 bzw. 3 mm und Prozessgas gewickelt wurde bei 36 m s –1 geflossen, gesteuert durch einen Massendurchflussregler (Key Instruments, Modell Nr. FR2A12BVB).Der Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen den Elektroden wurde auf 20 mm festgelegt und die stromabwärts gelegene Masseelektrode wurde auf 8 mm von der Rohrdüse eingestellt.Bei der Anordnung wird ein direkter Plasmaelektrodenkontakt vermieden, um eine saubere Plasmaumgebung herzustellen.Die Plasmavorrichtung wurde im Normalmodus betrieben, wo die spannungsführende Elektrode stromaufwärts bzw. die Masseelektrode stromabwärts des Gaszufuhrrohrs angeordnet ist.Außerhalb der Röhrenöffnung wurden Plasmastrahlen unter elektrischer Erregung mit einer sinusförmigen Spannung hoher Amplitude von 20 kV bei einer Frequenz von 15 kHz (Einschub in Abb. 1) abgefeuert.Der Strahl breitet sich als sichtbare Wolke durch die Erdungselektrode aus und verengt sich, wenn er in die Umgebungsluft eindringt.Der Plasmastrahl wurde senkrecht nach unten gerichtet, um eine direkte Wechselwirkung des Strahls mit dem durch Laserablation gebildeten Partikelaerosol zu haben.Der Prozess der Laserablation wurde in unseren früheren Berichten34,36 beschrieben.Kurz gesagt wurde ein 248 nm, 25 ns Excimer-Laser (Lambda Physik Complex Pro 102 KrF-Lasersystem) verwendet, um ein Silbertarget abzutragen, das auf einer gleichstrombetriebenen rotierenden Scheibe befestigt war.Der Laser liefert eine durchschnittliche Energie von 700 mJ und eine durchschnittliche Leistung von 7 W bei der Wiederholung.Frequenz von 10 Hz.Mit einem Strahlführungssystem wurde die erforderliche Laserstrahlungsstärke von 1,4 J cm-2 auf der Zieloberfläche erreicht.Die Fläche des Laserspots im Fokus betrug 6,28 × 10−2 cm2.Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht es dem Plasmastrahl, Silberpartikel-Aerosol zur Abscheidung auf einem entfernten Substrat mitzureißen.Das abgeschiedene Partikelaerosol wurde mit FEI Titan Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), hochauflösendem TEM (HRTEM), Gasfeldionenquellen-(GFIS)-Heliumionenmikroskop (Zeiss ORION plus-Serie) und Carl Zeiss Ultra plus-Rasterelektronenmikroskopie ( REM) zur Untersuchung der Agglomeratbildung, der Partikelmorphologie, -größe und räumlichen Verteilung.Die optische Extinktion wurde im Spektralbereich von 300–800 nm unter Verwendung eines optischen Cary 50 UV-Vis-Absorptionsspektrometers gemessen.Die Anregungswechselspannung über den Elektroden wurde gemessen, indem eine HV-Sonde (Tektronix P6015A, 75 MHz und 1000 X) direkt an der stromführenden Elektrode angebracht wurde, während der Entladestrom durch Messen der Spannung am Widerstand (R = 50 Ω) erhalten wurde. auf der Masseelektrodenseite angeschlossen (siehe Abb. 1).Die Strom-Spannungs-Wellenformen wurden mit dem digitalen Oszilloskop (Tektronix DPO 3034, 200 MHz) bei hoher Empfindlichkeit überwacht.Die optischen Bilder der Plasmastrahlen und der plasmaaktiven Säule innerhalb der Elektroden wurden mit einem intensivierten ladungsgekoppelten Gerät (iCCD) (Andor iStar 334 T) mit einer Gate-Breite von 1 µs und einer Belichtungszeit von 3 ms aufgenommen, um mehrere Entladungen zu ermöglichen erfassen.Die mit einer Digitalkamera mit einer Belichtungszeit von 1/60 s aufgenommenen Fotos liefern das physische Erscheinungsbild der verschiedenen sichtbaren Plasmaregionen, wie im Einschub von Abb. 1 dargestellt.Experimentelle Skizze, die eine DBD-Plasmaquelle, Laserablationsprozess, Nachbearbeitung und Abscheidung von Nanopartikel-Aerosolen mit dem ausströmenden Plasmastrahl, die HV-Sonde zur Messung der elektrischen Signale und iCCD zur Aufnahme optischer Entladungsbilder zeigt.Die gezeigten Einschübe sind zwei Digitalfotografien, die das physische Erscheinungsbild verschiedener Regionen von Argon- und Heliumplasmen veranschaulichen;Die aktive Zone (AZ) zwischen den Elektroden und der Nachglühbereich (AG) beginnen direkt hinter der geerdeten Elektrode und werden weiter unterteilt in das interne Nachglühen (iAG) innerhalb der Röhre (hinter der Erdungselektrode bis zur Röhrenöffnung) und die externes Nachglühen (eAG) außerhalb der Röhre, das sich als sichtbarer Strom ausbreitet.Abbildung 2a zeigt optische Bilder der externen Nachglühentladungen (eAG), die als sichtbare Plasmastrahlen (oberes Bild) aus der Röhrenöffnung herausragen, und der aktiven Zone (AZ) innerhalb der Röhre, die von den Elektroden umschlossen ist und als aktive Plasmasäulen ausgedrückt wird ( unteres Bild).Das aktive Plasmavolumen, begrenzt durch den Entladungsbereich zwischen den Elektroden, beträgt etwa \(361,911{ } \times 10^{ - 3} {\text{ cm}}^{3}\) .In Übereinstimmung mit den vorherigen Berichten5,28,39,40,41,42 ist die Entladung für Helium diffusiv und für Argonentladung fadenförmig, wie in Fig. 2a zu sehen ist.Die eAG-Entladung ist der übertragene Plasmastrahl, der durch den Ladungsüberlauf gebildet wird und sich in einem kanalisierten Bereich geradlinig im Gasstrom ausbreitet.Sowohl für Argon als auch für Helium beträgt die Strahllänge ⁓ 15 mm.Das physikalische Erscheinungsbild des Heliumstrahls ähnelt stark einem Messer oder Schwert, während sich in Argongas leicht ein nadelartiger Strahl mit einer scharfen Spitze bildet.Stromabwärts in Ausbreitungsrichtung verdunkeln die schnell abnehmenden Wechselfelder und die höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit der Luft den Strahl, so dass er eng wird, wenn er in das umgebende Gas eindringt.Abbildung 2b,c zeigen die momentanen Signale der HV-Sonde und den Entladestrom in den normalen Elektrodenanordnungen.Bei Helium erscheint eine einzelne Stromspitze in jeder Halbwelle der Wechselspannung und wiederholt sich sequentiell in Intervallen von 36 µs.Ein solches Plasmaverhalten repräsentiert einen diffusen Charakter der Entladung43.Andererseits repräsentiert der Multi-Peak-Charakter der Stromimpulse in Argon eine streifenartige oder fadenförmige Entladung28,39,40,41,42.Der fadenartige Charakter ist relativ offensichtlicher bei langsameren Flussraten und der Plasmastrahl schrumpft, während bei schnelleren Gasflussraten die Filamente weniger oder verschwinden und die Entladung homogen erscheint39,40,41,42.Für Argon stellt der erste Stromimpuls primäre Entladungsfilamente dar, während die sekundären Spitzen sekundären Entladungen entsprechen.Im Mittel sind die Mehrfachentladungen räumlich um 230 ns getrennt.Da die Entladezeit viel kleiner als die Belichtungszeit von ms ist, werden die Bilder in jedem Stromimpuls von vielen Entladungsfilamenten überlagert und machen ihr physisches Erscheinungsbild unaufhörlich.Die Bereiche der Seitenentladungen sind durch die vergrößerten Stromsignale im Einschub von (b) gekennzeichnet.Die für die positive Halbwelle der Wechselspannung abgeschätzte Zahl der Elektronen pro Halbwelle ist für Helium um den Faktor 10 groß \(\left( {{\text{n}}_{{{\text{He}}} } = {\text{q}}/{\text{e}}} \right)\) 3,72 × 1011 > \({\text{n}}_{{{\text{Ar}}}}\) = 7,2 × 1010. Argonentladungsfilamente sind hoch leitend (J ~ 102–103 A cm−2) und durch ein hochkonzentriertes elektrisches Feld (E = 107 V/m) und eine hohe Elektronendichte (1014–1015 cm−3) gekennzeichnet ) im Vergleich zu einer Elektronenladungsdichte von 1010–1012 cm−3 in der Glimmentladung oder diffusen Entladung2,10,12,13,14,20.Die fadenförmige Entladung ist ziemlich transient, wobei die kurzen Stromimpulse zufällig erscheinen und für die Dauer von 10–100 ns mit der typischen Wärmeenergie von 100 µJ pro Mikroentladung aufrechterhalten werden10,12,13,14,15,20.Die Entladungsfilamente bleiben normalerweise in Kontakt mit der dielektrischen Oberfläche und leiten Wärmeenergie ab, und aus diesem Grund wird die Behandlung von thermisch empfindlichen biologischen Geweben und Polymermaterialien vermieden.Optische iCCD-Bilder von Entladungsstrahlen und aktiven Plasmasäulen (a) sowie Wellenformen der Strom-Spannungs-Signale (b) von Argon- und Heliumplasmen, die bei 10 l erzeugt werden.min-1 in der Rohrgeometrie im Normalmodusbetrieb.Die eingeschlossenen mehreren Stromspitzen im grünen Kreis weisen auf das filamentartige Verhalten der Argonentladung hin.Die Einschübe in (b) und (c) sind vergrößerte Teile, die die einzelnen bzw. mehrfachen Entladungen von Helium und Argon darstellen.Die Fläche unter der Kurve im Einschub von (b) repräsentiert die Gesamtladungsmenge bei der einzelnen Entladung pro Halbwelle der Wechselspannung.Abbildung 3 veranschaulicht SEM-Bilder (a, b) und Partikelgrößenverteilungen (c, d) der Nanopartikelfilme auf Si, die mit Argon- und Helium-Plasmastrahlen im Normalmodusbetrieb erhalten wurden.In beiden Fällen besteht ein signifikanter Unterschied in den morphologischen Merkmalen und der räumlichen Verteilung der Partikel.Ein Argon-Plasmastrahl bildete vorzugsweise zusammen mit den kleineren Partikeln aggregierte Strukturen, die im Hintergrund der großen Cluster dispergiert waren.Diese Partikel scheinen durch die physikalische Oberflächeninteraktion aneinander zu haften, während sie ihre physikalische Identität beibehalten, wie durch den kleinen Fleck im Einschub von Fig. 3a angezeigt.Im Vergleich zu den früheren Ergebnissen, die in Lit.27, 35, gibt es für die erhöhte Gasflussrate, abgesehen von den großen Clustern (gebildet durch die kleineren Partikel mit Abmessungen im Bereich von 5–30 nm), eine ausreichende Population von kleineren Partikeln im Hintergrund der großen Cluster und weist somit eine bimodale Verteilung auf (Abb. 3c).Der winkelgemittelte Frettchendurchmesser der großen Aggregate beträgt ⁓ 90 (24) und der der kleineren Teilchen ⁓ 28 (15) nm, wie in Fig. 3c gezeigt, wobei die Werte in Klammern die Standardabweichung der Teilchenverteilung bezeichnen.Die geschätzte durchschnittliche Feret-Größe für die Gesamtverteilung auf der gesamten Oberfläche betrug ⁓ 63 (53) nm, wie im Einschub von (Fig. 3c) angegeben.Im Gegensatz dazu führt der Helium-Plasmastrahl zu räumlich gut dispergierten Teilchen mit dem mittleren winkelgemittelten Feret-Durchmesser von ⁓ 26 (12) nm.Interessanterweise sind die spärlich verteilten facettierten Merkmale, die zuvor in Lit.27, wurden hier nicht beobachtet.Dies sieht vor, dass die Oberflächen-Nanomerkmale für die spezifische Entladungsbedingung und Gasflussrate maßgeschneidert werden können.Bei beiden Plasmastrahlen sind die Partikel 3–4 Mal kleiner als die großen Cluster, die von einem Argon-Plasmastrahl gebildet werden.Die Verteilung ist eng und erstreckt sich über den Bereich von 5–50 nm und zeigt an, dass in den ionisierten Gasstrahlen die kleineren Partikel fast gleich groß sind.Beim Ar-Plasmastrahl wird die zuvor in Abb. 3a beschriebene ungleichmäßige Oberfläche aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der großen Cluster gebildet und wird durch die in Abb. 7a–c gezeigten Oberflächenlinienscans stark unterstützt.Das abgeschiedene Nanomaterial war in beiden Fällen partikulär und plasmonisch aktiv und zeigte eine deutliche Absorption aufgrund von Oberflächenplasmonenresonanz (SPR), wie in Abb. 6 beschrieben der Infrarotbereich zeigt das Wechselwirkungsverhalten der physikalisch gekoppelten Teilchen an.Außerdem verschoben sich die SPR-Maxima von ⁓ 390 (für Helium) zu ⁓ 410 nm (für Argon) und zeigten ein Breitbandmerkmal, das stark von der Partikelgröße, -form und -verteilung abhängt32,36.Die Amplitude der SPR ist für die Abscheidung des Argon-Plasmastrahls deutlich höher: Dies weist darauf hin, dass ein Argon-Plasmastrahl das Partikelaerosol effizienter mitreißt als der Helium-Plasmastrahl.Dieser Aspekt könnte mit einem bekannten Phänomen des elektro-hydrodynamischen Gaspumpens, dem sogenannten ionischen Wind oder elektrischen Wind, in Verbindung gebracht werden, der in den Hochfeldregionen der Entladung induziert wird44,45.Die kristalline Natur, Morphologie und Bildung von Agglomeraten wurden weiter durch TEM, HR-TEM und HIM untersucht, und die Bilder sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.4 und 5 bzw.Diese Ergebnisse unterstützen eindeutig die Bildung großer Cluster mit Argon-Plasmastrahlen (wie durch die roten Kreise angezeigt).Die feinen Streifen in den HR-TEM-Bildern in den Einschüben von Fig. 4a, b und die Gitterabstände von 0,236 nm und 0,201 nm, die den (111)- bzw. (200)-Ebenen von Silber zugeordnet sind, spezifizierten eine kristalline Natur des Partikels (Abb. 6).SEM-Bilder von Nanopartikel-Aerosolen, die mit (a) Argon- und (b) Helium-Plasmastrahlen verarbeitet und stromabwärts des Rohrs auf einem Siliziumsubstrat gesammelt wurden.Feret-Durchmesserverteilungen sind in (c, d) angegeben.Der Einschub in (a) ist ein kleiner Fleck mit unterschiedlichem Kontrast, während der Einschub in (c) die Gesamtverteilung für die gesamte Oberfläche darstellt.Hellfeld-TEM-Bilder von Nanopartikel-Aerosolen auf mit amorphem Kohlenstofffilm beschichteten Cu-TEM-Gittern, erhalten mit Argon- (a) und Helium-Plasmastrahlen (b) bei atmosphärischem Gasdruck.Die Einschübe sind die HR-TEM-Bilder eines einkristallinen Partikels, die die Gitterränder zeigen, und der rote Kreis in (a) stellt einen Cluster von zusammengesetzten Partikeln dar.Helium-Ionen-Mikroskopie repräsentative Bilder von Silber-Nanopartikel-Aerosolen, gesammelt auf Si mit Entladungsstrahlen, angeregt in Argon (a), Helium (b).Die in (a) eingezeichneten roten Kreise sollen isolierte Partikel und Agglomerationen anzeigen, die durch den Argon-Plasmastrahl gebildet wurden.Die Bilder wurden mit einem GFIS-Sichtfeld von 1 µm und einer Beschleunigungsspannung von 30 kV bei einer Scan-Verweilzeit von 1 µs aufgenommen.Oberflächen-Plasmon-Resonanz von Silber-Nanopartikel-Aerosolen, die mit den Entladungsstrahlen von Argon und Helium mitgerissen und auf einem Objektträger abgeschieden werden.Die gepunkteten Kreise zeigen verschiedene plasmonische Merkmale der abgeschiedenen Aerosole an.Interessante 3-dimensionale interaktive 3D-Oberflächenplots und die Oberflächenlinienscans, die über verschiedene Regionen der Oberfläche gezeichnet wurden, sind jeweils in Abb. 7a–d dargestellt.Die holprige und nussige Oberfläche für Argonplasma und die intelligenten Nanomerkmale im Fall von Heliumplasmastrahl stützen unsere vorherige Beobachtung stark.Die Luminanz des Bildes wird als Höhe für das Diagramm interpretiert, wie durch die Farbskalenbalken angezeigt, um eine Schätzung der Partikelabmessung vorzunehmen.Ein interessanter 50 mm langer Plasmastrahl wurde mit dem Helium-Plasmastrahl gestartet, indem die Positionen der Elektroden so umgekehrt wurden, dass die stromaufwärtige Elektrode geerdet ist und die Elektrode stromabwärts der Röhre unter Spannung steht (hier nicht gezeigt).In diesem Fall gab es eine signifikante Erhöhung der Oberflächenbedeckung, wie in Abb. 8a, b dargestellt.Obwohl die Menge der Ablagerung (Partikel) auf der Oberfläche signifikant zunimmt, tritt keine so ausgeprägte Agglomeration auf, was bedeutet, dass ein Heliumplasmastrom die Bildung von Partikelaggregaten nicht erleichtert.Es wird erwartet, dass im Vergleich zum Normalmodusbetrieb in der umgekehrten Elektrodenanordnung ein ausreichend großer elektrischer Windeffekt induziert wird und daher zu einer solchen verstärkten Abscheidung führt.Dies verdeutlicht, dass die Oberflächenmerkmale und anschließend die Partikelbedeckung abgestimmt werden können, um eine spärlich und/oder dicht besiedelte Partikeloberfläche zu erhalten, indem die Plasmabetriebsbedingungen geändert werden.Bemerkenswert ist, dass das Aggregatverhalten von Silbernanopartikeln im Zusammenhang mit Sensorik, Antibiotika in der Meeresbiologie und vielem mehr von großer Bedeutung ist.Um im Rahmen der Studie zu bleiben, diskutieren wir hier kurz den SERS-Aspekt dieser Nanostrukturen im Zusammenhang mit Partikelaggregaten.Interaktive 3D-Oberflächendiagramme, die für die in (a) und (b) von Fig. 3 gezeigten Bilder konstruiert wurden, und die Oberflächenlinienprofile, die über verschiedene Regionen (c, d) gezeichnet wurden.Die Leuchtdichte des Bildes wird als Höhe für das Diagramm interpretiert und durch die Farbskalenbalken angezeigt, um eine Schätzung der Partikelabmessung vorzunehmen.Die hervorgehobenen Regionen und die Kreise zeigen die kleineren und größeren Merkmale der Partikeloberflächen an, die durch die Entladungsstrahlen gebildet werden.SEM-Bilder, die Oberflächen-Nanomerkmale von Si zeigen, die mit Silber-Nanopartikeln unter Verwendung eines Helium-Plasmastrahls bedeckt sind, der im umgekehrten Modus gestartet wurde, indem die stromführende Elektrode stromabwärts und stromaufwärts des Reaktors gesetzt wurde, während der Rest der Plasmabedingungen bestehen blieb.Der Aspekt der SERS-Empfindlichkeit wurde für eine 10−5 M wässrige Stammlösung eines organischen Fluoreszenzfarbstoffs Rhodamin 6G (Rh6G) zu Vergleichszwecken untersucht, um den SERS-Effekt in beiden Fällen zu verstehen.Die Messungen wurden in einem breiten Bereich von 600 bis 1600 cm−1 durchgeführt, einem Bereich, der den größten Teil des Transparenzfensters dieser Chemikalien umfasst.Kurz gesagt, die Probe wurde durch Tropfengießen von 10 Mikrolitern Rh6G-Lösung direkt auf die mit den Teilchenaerosolen bedeckte Oberfläche hergestellt.Die Raman-Messungen wurden unter Verwendung eines Spektrometers Horiba Jobin Yvon LabRAM HR800 durchgeführt, das mit einem CCD-Detektor mit einer spektralen Auflösung von 4 cm –1 ausgestattet war.Die Anregungswellenlänge (532 nm) wurde auf der Probenoberfläche mit einem × 100-Objektiv auf ~ 1 µm fokussiert, und die Leistung des Lasers wurde mit einem Dichtefilter auf ~ 200 μW eingestellt.Die Spektralposition wurde vor der Aufnahme auf den 520,221 cm-1-Peak eines Si/SiO2-Substrats kalibriert, und der Photolumineszenzhintergrund in den Raman-Spektren wurde mit einem Polynom 8. Grades angepasst und von den Daten subtrahiert.Die gemessenen SERS-Spektren sind in Abb. 9a,b dargestellt.Der 612 cm –1 -Peak von Rh6G, der separat in den Zoomspektren des Einschubs von 9b gezeigt ist, wird verwendet, um die SERS-Nachweisempfindlichkeit in beiden Fällen quantitativ abzuschätzen und zu vergleichen.Der Rauschwert wurde angenähert, um 590 cm−1 zu wählen, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und den scheinbaren Verstärkungsfaktor (AEF) zu berechnen, definiert durch \({\text{SNR}} = \frac{{{\text{ S}} - {\text{N}}}}{{\sqrt {\text{N}} }}{\text{ a}}\) nd \({\text{AEF}} = \frac{{ {\text{I}}_{{{\text{SERS}}}} }}{{{\text{I}}_{{{\text{ref}}}} }} \times \frac{{ {\text{C}}_{{{\text{ref}}}} }}{{{\text{C}}_{{{\text{SERS}}}} }}{ }.{ }\ ) wobei S die Signalintensität und N die Rauschintensität ist,\({\text{ I}}_{{{\text{SERS}} = }}\) integrierte SRES-Intensität von 612 cm−1 Raman-Band,\ ({\text{ I}}_{{{\text{ref}} = }}\) die integrierte Intensität derselben Raman-Bande der molaren Referenzlösung Rh6G (10−2 M), \({\text{C }}_{{{\text{SERS}}}} =\) ist die Anzahl der Sondenmoleküle R6G (10−5 M), adsorbiert auf SERS-Substrat, \({\text{C}}_{{{\ text{ref}}}} =\) ist die Anzahl der Sondenmoleküle der molekularen Referenzlösung R6G (10–2 M).Das SNR von \(1,07 \times 10^{2}\) und AEF von \({ }1,82 \times 10^{3}\) der mit dem Heliumplasma erhaltenen Teilchen im Vergleich zu SNR \(2,62 \times 10^ {2}\) und AEF \(7.98 \times 10^{3} { }\) der agglomerierten Nanostrukturen, die durch einen Argon-Entladungsstrahl gebildet wurden, markierten eine relativ große Empfindlichkeit und eine elegante SERS-Leistung.Im letzteren Fall wirken plasmonische Nanoverbindungen, die von den Partikelaggregaten gebildet werden, als intelligente „heiße Stellen“ für das untersuchte Molekül, an denen das elektrische Feld verstärkt wird, wodurch der SERS-Effekt verstärkt wird.Dies geschieht, weil ein größeres Partikel den Verlust an Oberflächenbedeckung übertrumpft und größere SERS-Signale erzielt werden.Im Falle einer Argonentladung untergraben Agglomerate die Reproduzierbarkeit von Fleck-Fleck-Signalen und könnten eine übliche Barriere für SERS-Substrate sein, die auf den Partikelaggregaten basieren, um eine reproduzierbare quantitative Detektion zu erreichen.Dies ist jedoch nicht überraschend und aufgrund der ungleichen räumlichen Verteilung der Nanostrukturen auf der Oberfläche zu erwarten.Dieses Ergebnis hat gezeigt, dass anstelle der Tatsache, dass Agglomerate die SERS-Reproduzierbarkeit verschlechtern, sie immer noch als effektive Kandidaten für praktische Zwecke in SERS verwendbar sind.Andererseits sind SERS-Signale für das aus Heliumplasma hergestellte Substrat relativ schwach, aber ziemlich reproduzierbar aufgrund der relativ überlegenen räumlichen Verteilung der Teilchen.Die für die verschiedenen Spitzen der optisch aktiven Phononenmoden beobachtete unterschiedliche Verstärkung ist auf die Nahbereichskopplung zwischen den miteinander verbundenen Teilchen zurückzuführen26,31.Außerdem ist das elektromagnetische Feld in den Teilchenübergängen keine einfache kohärente Summe der Felder der einzelnen Teilchen, und dies kann zu unterschiedlichen Verstärkungen führen.Wenn sich die Teilchen einander nähern, um eine Oberflächenverbindung herzustellen, gibt es stattdessen einen dramatischen Anstieg des Verstärkungsfaktors von mehr als dem 5-fachen für bestimmte Banden (dh 612 cm –1 ).Aggregate aus Nanosilber sind wahrscheinlich gute plasmonisch aktive Substrate, und die meisten Spektralbereiche wurden zu Recht bewertet und durch die Ergebnisse bestätigt31,46.SERS-Spektren von Rh6G (10−5 M), aufgenommen mit einer Laseranregungswellenlänge von 532 nm, einer Leistung von ⁓ 10 µW und einer Integrationszeit von 3 s auf Glasoberflächen, die mit plasmonischen Metallaerosolen aus Silber bedeckt sind, abgeschieden durch die Plasmastrahlen von ;(a) Helium und (b) Argon.Der Einschub zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der SERS-Spektren des charakteristischen Peaks von 612 cm-1 zur Quantifizierung der SERS-Antwort.Die Erzeugung und Verarbeitung eines Nanomaterials in kaltem Plasma ist ein komplexes Szenario der mesoskopischen Physik.Das Vorhandensein eines ionisierten Gasmediums (die Gasentladung) erzeugt zwangsläufig einen kontinuierlichen Fluss von Ionen/Elektronen und verbessert die Wachstumsphase eines Nanomaterials für die Oberflächenabscheidung.Um die zugrunde liegende Physik der beobachteten Befunde zu verstehen, ist es wesentlich, die Gasentladung zusammen mit den Partikelaerosolen als Fremdmaterial als Ganzes als staubiges Plasmasystem zu betrachten.Für DBD-Kaltplasmastrahlen wissen wir, dass der Ionisationsgrad viel kleiner ist \(({\upchi } < 10^{ - 3} - 10^{ - 8} ){\text{ or} \nu }_{{ \text{ei }}} < {\upnu }_{{\text{en }}} ,\) wobei \({\upnu }_{{\text{ei }}}\) und \({\upnu }_{{\text{en }}}\) sind die Stoßfrequenzen Elektron-Ion und Elektron-Neutral.Bei solchen Entladungen ist das Wachstum eines Nanomaterials die Vorphase der Nukleation, gefolgt von der Partikel-Plasma-Wechselwirkung, der Verarbeitung und der anschließenden Oberflächenabscheidung.Im Mittel gilt das klassische Modell der Ionenansammlung durch das schwebende Partikelaerosol in der Entladung, jedoch wird die Anziehung von Partikeln durch den Momentanwert der Gesamtladung dominiert, der einer großen Schwankung unterliegt.Artikel ADS-CAS Google ScholarArtikel ADS-CAS Google ScholarPhys.Phys.AuflösungArtikel ADS-CAS Google ScholarArtikel ADS-CAS Google ScholarLi, Q. et al.AuflösungPhys.Mater.AuflösungStier.Artikel ADS-CAS Google ScholarAuflösungPhys.AuflösungArtikel ADS-CAS Google ScholarMater.Appl.Phys.Appl.Phys.Appl.Phys.Lette.Appl.Phys.Lette.Giftig.AuflösungAppl.Phys.Appl.Phys.Phys.Int.Appl.Phys.Artikel ADS-CAS Google ScholarArtikel ADS-CAS Google ScholarPhys.Phys.Phys.Proz.Phys.Artikel ADS-CAS Google ScholarPhys.Artikel ADS-CAS Google ScholarSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenSie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchenDie Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.Springer Nature bleibt neutral in Bezug auf Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Verwendung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, solange Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen nennen. 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