Pulse Duration Effect of Laser Ablation on the Morphology Properties of Gold Nanoparticles Deposited on Porous Silicon

Abstract

Наночастинки золота останнім часом привертають велику увагу завдяки широкому спектру застосування в оптичній, каталітичній, механічній та електронній галузях. Завдяки простоті підходу до створення наночастинок та відсутності забруднення, лазерна абляція в рідинах широко використовується для отримання різноманітних типів структур наночастинок, включаючи квантові точки, квантові дроти, вуглецеві нанотрубки та наночастинки з серцевиною-оболонкою. У цій статті ми повідомляємо про морфологічні властивості наночастинок золота (Au), отриманих лазерною абляцією в рідині з різною тривалістю імпульсу (тобто 300, 30 та 3 нс). Потім наноструктури Au були нанесені на шар PSi, отриманий методом електрохімічного травлення. Зразки були охарактеризовані за допомогою SEM, EDS, AFM та XRD. Результати підтвердили формування структур наночастинок Au з ГЦК у наномасштабі з псевдосферичними формами. Зменшення тривалості імпульсу абляційного лазера виявило значний вплив на AuNPs, де їх середній розмір значно зменшується, а однорідність наночастинок збільшується, а також було зафіксовано покращення шорсткості зразків. Таким чином, контроль тривалості імпульсу може забезпечити специфічні морфологічні властивості AuNPs для практичних застосувань.

Gold nanoparticles recently gaining vast attention owing to their wide range of applications in optical, catalytic, mechanical, and electronic fields. Due to the simplicity approach of generating nanoparticles and free of contamination, laser ablation in liquids is extensive used to yield varied types of nanoparticle structures, including quantum dot, quantum wire, carbon nanotube and core shell nanoparticles. Herein, we report the morphology properties of a gold (Au) nanoparticles prepared by laser ablation in a liquid at different pulse duration (i.e., 300, 30, and 3 ns). The Au nanostructures were then deposited on the PSi layer, prepared by electrochemical etching technique. The samples were characterized by means of SEM, EDS, AFM, and XRD procedures. Results confirmed the formation of the FCC Au nanoparticles structures in nano-scale with pseudo-spherical shapes. The reduction of the pulse width of the ablated laser revealed major effects on the AuNPs, where the average size of them significantly decreases and the homogeneity of the nanoparticles increases as well as an improvement in the samples roughness was recorded. Thus, controlling the pulse width duration can produce specific morphology properties AuNPs for particular applications.