Plasma-controlled metal catalyst saturation and the initial stage of carbon nanostructure array growth

The kinetics of the nucleation and growth of carbon nanotube and nanocone arrays on Ni catalyst nanoparticles on a silicon surface exposed to a low-temperature plasma are investigated numerically, using a complex model that includes surface diffusion and ion motion equations. It is found that the degree of ionization of the carbon flux strongly affects the kinetics of nanotube and nanocone nucleation on partially saturated catalyst patterns. The use of highly ionized carbon flux allows formation of a nanotube array with a very narrow height distribution of half-width 7 nm. Similar results are obtained for carbon nanocone arrays, with an even narrower height distribution, using a highly ionized carbon flux. As the deposition time increases, nanostructure arrays develop without widening the height distribution when the flux ionization degree is high, in contrast to the fairly broad nanostructure height distributions obtained when the degree of ionization is low.

Novel Radiation-Induced Properties of Graphene and Related Materials

Interaction of graphene, graphene oxide, and related nanocarbons with radiation gives rise to many novel properties and phenomena. Irradiation of graphene oxide in solid state or in solution by sunlight, UV radiation, or excimer laser radiation reduces it to graphene with negligible oxygen functionalities on the surface. This transformation can be exploited for nanopatterning and for large scale production of reduced graphene oxide (RGO). Laser-induced dehydrogenation of hydrogenated graphene can also be used for this purpose. All such laser-induced transformations are associated with thermal effects. RGO emits blue light on UV excitation, a feature that can be used to generate white light in combination with a yellow emitter. RGO as well as graphene nanoribbons are excellent detectors of infra-red radiation while RGO is a good UV detector.

Contrôle de l'organisation moléculaire en 2D et 3D par l’utilisation de liaisons hydrogène, de coordination métallique et d'autres interactions

La stratégie de la tectonique moléculaire a montré durant ces dernières années son utilité dans la construction de nouveaux matériaux. Elle repose sur l’auto-assemblage spontané de molécule dite intelligente appelée tecton. Ces molécules possèdent l’habilité de se reconnaitre entre elles en utilisant diverses interactions intermoléculaires. L'assemblage résultant peut donner lieu à des matériaux moléculaires avec une organisation prévisible. Cette stratégie exige la création de nouveaux tectons, qui sont parfois difficiles à synthétiser et nécessitent dans la plupart des cas de nombreuses étapes de synthèse, ce qui empêche ou limite leur mise en application pratique. De plus, une fois formées, les liaisons unissant le corps central du tecton avec ces groupements de reconnaissance moléculaire ne peuvent plus être rompues, ce qui ne permet pas de remodeler le tecton par une procédure synthétique simple. Afin de contourner ces obstacles, nous proposons d’utiliser une stratégie hybride qui se sert de la coordination métallique pour construire le corps central du tecton, combinée avec l'utilisation des interactions plus faibles pour contrôler l'association. Nous appelons une telle entité métallotecton du fait de la présence du métal. Pour explorer cette stratégie, nous avons construit une série de ligands ditopiques comportant soit une pyridine, une bipyridine ou une phénantroline pour favoriser la coordination métallique, substitués avec des groupements diaminotriazinyles (DAT) pour permettre aux complexes de s'associer par la formation de ponts hydrogène. En plus de la possibilité de créer des métallotectons par coordination, ces ligands ditopiques ont un intérêt intrinsèque en chimie supramoléculaire en tant qu'entités pouvant s'associer en 3D et en 2D. En parallèle à notre étude de la chimie de coordination, nous avons ii examiné l'association des ligands, ainsi que celle des analogues, par la diffraction des rayons-X (XRD) et par la microscopie de balayage à effet tunnel (STM). L'adsorption de ces molécules sur la surface de graphite à l’interface liquide-solide donne lieu à la formation de différents réseaux 2D par un phénomène de nanopatterning. Pour comprendre les détails de l'adsorption moléculaire, nous avons systématiquement comparé l’organisation observée en 2D par STM avec celle favorisée dans les structures 3D déterminées par XRD. Nous avons également simulé l'adsorption par des calculs théoriques. Cette approche intégrée est indispensable pour bien caractériser l’organisation moléculaire en 2D et pour bien comprendre l'origine des préférences observées. Ces études des ligands eux-mêmes pourront donc servir de référence lorsque nous étudierons l'association des métallotectons dérivés des ligands par coordination. Notre travail a démontré que la stratégie combinant la chimie de coordination et la reconnaissance moléculaire est une méthode de construction rapide et efficace pour créer des réseaux supramoléculaires. Nous avons vérifié que la stratégie de la tectonique moléculaire est également efficace pour diriger l'organisation en 3D et en 2D, qui montre souvent une homologie importante. Nous avons trouvé que nos ligands hétérocycliques ont une aptitude inattendue à s’adsorber fortement sur la surface de graphite, créant ainsi des réseaux organisés à l'échelle du nanomètre. L’ensemble de ces résultats promet d’offrir des applications dans plusieurs domaines, dont la catalyse hétérogène et la nanotechnologie. Mots clés : tectonique moléculaire, interactions intermoléculaires, stratégie hybride, coordination métallique, diffraction des rayons-X, microscopie de balayage à effet tunnel, graphite, phénomène de nanopatterning, calculs théoriques, ponts hydrogène, chimie supramoléculaire, ligands hétérocycliques, groupements DAT, catalyse hétérogène, nanotechnologie.

Preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Anwendungen von periodischen Goldnanopartikel-Arrays (PPAs), die mit Hilfe von Nanosphären-Lithografie hergestellt wurden. In Abhängigkeit der verwendeten Nanosphären-Größe wurden dabei entweder kleine dreieckige Nanopartikel (NP) (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 330 nm) oder große dreieckige NPD sowie leicht gestreckte NP (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 1390 nm) hergestellt. Die Charakterisierung der PPAs erfolgte mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie. Die kleinen NP besitzen ein Achsverhältnis (AV) von 2,47 (Kantenlänge des NPs: (74+/-6) nm, Höhe: (30+/-4) nm. Die großen dreieckigen NP haben ein AV von 3 (Kantenlänge des NPs:(465+/-27) nm, Höhe: (1530+/-10) nm) und die leicht gestreckten NP (die aufgrund der Ausbildung von Doppelschichten ebenfalls auf der gleichen Probe erzeugt wurden) haben eine Länge von (364+/-16)nm, eine Breite von (150+/-20) nm und eine Höhe von (150+/-10)nm. Die optischen Eigenschaften dieser NP werden durch lokalisierte Oberflächenplasmon-Polariton Resonanzen (LPPRs) dominiert, d.h. von einem eingestrahlten elektromagnetischen Feld angeregte kollektive Schwingungen der Leitungsbandelektronen. In dieser Arbeit wurden drei signifikante Herausforderungen für Plasmonik-Anwendungen bearbeitet, welche die einzigartigen optischen Eigenschaften dieser NP ausnutzen. Erstens wurden Ergebnisse der selektiven und präzisen Größenmanipulation und damit einer Kontrolle der interpartikulären Abstände von den dreieckigen Goldnanopartikel mit Hilfe von ns-gepulstem Laserlicht präsentiert. Die verwendete Methode basiert hierbei auf der Größen- und Formabhängigkeit der LPPRs der NP. Zweitens wurde die sensorischen Fähigkeiten von Gold-NP ausgenutzt, um die Bildung von molekularen Drähten auf den PPAs durch schrittweise Zugabe von unterschiedlichen molekularen Spezies zu untersuchen. Hierbei wurde die Verschiebung der LSPPR in den optischen Spektren dazu ausgenutzt, die Bildung der Nanodrähte zu überwachen. Drittens wurden Experimente vorgestellt, die sich die lokale Feldverstärkung von NP zu nutze machen, um eine hochgeordnete Nanostrukturierung von Oberflächen mittels fs-gepulstem Laserlicht zu bewerkstelligen. Dabei zeigt sich, dass neben der verwendeten Fluenz die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Laserlichts in Bezug zu der NP-Orientierung sowie die Größe der NP äußerst wichtige Parameter für die Nanostrukturierung darstellen. So konnten z.B. Nanolöcher erzeugt werden, die bei höheren Fluenzen zu Nanogräben und Nanokanälen zusammen wuchsen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse von enormer Wichtigkeit für weitere Anwendungen sind.

Titanium surfaces with nanotopography modulate cytokine production in cultured human gingival fibroblasts

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Titanium surfaces with nanotopography modulate cytokine production in cultured human gingival fibroblasts

Implant topography is an important factor that influences many cell types. To understand the role of topography in the inflammatory events, we evaluated the response of human gingival fibroblasts (HGFs) by the release pattern of cytokines. HGFs were cultured on Ti discs for 24 and 48 h. Four different surface treatments were used: machining method (turned), blasting followed by an acid-etching method (BAE), oxidative nanopatterning (ON) method, and an association of blasting followed by an acid-etching plus oxidative nanopatterning (BAE+ON) method. Extracellular levels of IL-6, IL-8, transforming growth factor beta (TGF-beta), IL-4, and IL-10 were measured by enzyme-linked immunosorbant assay. Increased levels of IL-6 and IL-8 were observed in all surfaces after 24 h which decreased after 48 h. BAE, ON, and BAE+ON surfaces showed a reduction in IL-6 levels compared with the turned after 48 h (p < 0.05). On one hand, IL-8 production was lower in BAE+ON in comparison to the turned surface (p < 0.05). On the other hand, IL-4 showed increased levels with 48 h, which were significantly different between turned, BAE, and ON surfaces, but not with BAE+ON. Additionally, TGF-beta and IL-10 production were not detected. This study indicates that nanotopography might be important in the modulation of the inflammatory response in cultured HGFs. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part A 100A:2629-2636, 2012.

Compact discs as versatile cost-effective substrates for releasable nanopatterned aluminium films

We demonstrate that standard polycarbonate compact disk surfaces can provide unique adhesion to Al films that is both strong enough to permit Al film nanopatterning and weak enough to allow easy nanopatterned Al film detachment using Scotch tape. Transferred Al nanohole arrays on Scotch tape exhibit excellent optical and plasmonic performance.