Facile synthesis and photoluminescence of europium ion doped LaF3 nanodisks

LaF3 : Eu3+ (5.0 mol-% EU3+) nanodisks with perfect crystallinity were successfully synthesized by a simple method. The synthesis was carried out in an aqueous solution at room temperature without the use of templates or organic additives, The mechanism of formation of the nanodisks was explored, and the fluoride source (KBF4) is believed to play a key role in controlling the morphology of the final product. Furthermore, the size of the disk can be simply moderated by varying the concentration of the initial reactants. The room-temperature photoluminescence of LaF3 : Eu3+ with different morphologies and sizes were also investigated, and the results indicate that the emission intensity of the product is strongly affected by their size, shape, and other factors.

Hexagonal nanodisks of cadmium hydroxide and oxide with nanoporous structure

In this work we demonstrate that hexagonal nanodisks of cadmium hydroxide with nanoporous structures could be fabricated by a facile hydrothermal treatment without using any templates or organic additives. With this method, the length of the hexagonal edge and thickness of the nanodisks can be adjusted through controlling the experimental conditions such as the pH value of the mother liquor and the initial concentration of the cadmium ion. On the basis of our experimental observations and understandings of the nanocrystal growth, the formation of the nanodisks is believed to mainly originate from the oriented attachment of small particles. Furthermore, the hexagonal Cd(OH)(2) nanodisks can be converted to CdO semiconductors with similar morphology by calcinations.

Comparative analysis of circular and triangular gold nanodisks for field enhancement applications

ABSTRACT: In this paper, we present a quantitative comparison of circular and triangular gold nanodisks with the same length and thickness. The method of moments is used to solve numerically the scattering problem. With this model, we investigate the spatial near field distribution, spectral response, far field diagrams, and bandwidth wavelength of these particles. Our results show that the resonant wavelength and the near field enhancement and confinement of the triangular particle are larger than those for the circular particle, but the resonance bandwidth and scattering cross section of the triangular particle are smaller.

Measurement of the intrinsic damping constant in individual nanodisks of Y3Fe5O12 and Y3Fe5O12|Pt

We report on an experimental study on the spin-waves relaxation rate in two series of nanodisks of diameter ϕ=300 , 500, and 700 nm, patterned out of two systems: a 20 nm thick yttrium iron garnet (YIG) film grown by pulsed laser deposition either bare or covered by 13 nm of Pt. Using a magnetic resonance force microscope, we measure precisely the ferromagnetic resonance linewidth of each individual YIG and YIG|Pt nanodisks. We find that the linewidth in the nanostructure is sensibly smaller than the one measured in the extended film. Analysis of the frequency dependence of the spectral linewidth indicates that the improvement is principally due to the suppression of the inhomogeneous part of the broadening due to geometrical confinement, suggesting that only the homogeneous broadening contributes to the linewidth of the nanostructure. For the bare YIG nano-disks, the broadening is associated to a damping constant α=4 × 10−4 . A threefold increase of the linewidth is observed for the series with Pt cap layer, attributed to the spin pumping effect. The measured enhancement allows to extract the spin mixing conductance found to be G↑↓=1.55 × 1014 Ω−1 m−2 for our YIG(20nm)|Pt interface, thus opening large opportunities for the design of YIG based nanostructures with optimized magnetic losses.

Electromagnetic Characteristics of Polyaniline/SWCNT Composites

Electromagnetic field interactions with the composites made up of polyaniline (PANI) and single wall carbon nanotube (SWCNT) are simulated using the discrete dipole approximation. Recent observations on polymer nano-composites explain the interface interactions between the PANI host and the carbon nanostructures. These types of composite have potential applications in organic solar cell, gas sensor, bio-sensor and electro-chromic devices. Various nanostructures of PANI is possible in the form of nanowires, nanodisks, nanofibers and nanotubes have been reported. In the present study, we considered two types of composite, one is the PANI wrapped CNT and the other is CNT immersed in PANI nanotube. We use Modified Thole's parameters for calculating frequency dependent atomic polarizability of composites. Absorption spectra of the composites are studied by illuminating a wide range of electromagnetic energy spectrum. From the absorption spectra, we observe plasmon excitation in near-infrared region similar to that in SWCNTs reported recently. The interactions between the PANI and CNT in the composite, resulting electromagnetic absorptions are simulated.

One-pot synthesis and self-assembly of colloidal copper(I) sulfide nanocrystals

A simple one-pot method is developed to prepare size-and shape-controlled copper(I) sulfide (Cu2S) nanocrystals by thermolysis of a mixed solution of copper acetylacetonate, dodecanethiol and oleylamine at a relatively high temperature. The crystal structure, chemical composition and morphology of the as-obtained products are characterized by powder x-ray diffraction (PXRD), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The morphology and size of the Cu2S nanocrystals can be easily controlled by adjusting the reaction parameters. The Cu2S nanocrystals evolve from spherical to disk-like with increasing reaction temperature. The spherical Cu2S nanocrystals have a high tendency to self-assemble into close-packed superlattice structures. The shape of the Cu2S nanodisks changes from cylinder to hexagonal prism with prolonged reaction time, accompanied by the diameter and thickness increasing. More interestingly, the nanodisks are inclined to self-assemble into face-to-face stacking chains with different lengths and orientations. This one-pot approach may extend to synthesis of other metal sulfide nanocrystals with different shapes and sizes.

An approach for synthesizing nanometer- to micrometer-sized silver nanoplates

Silver nanoplates with controlled size are synthesized by seed-mediated growth approach in the presence of citrate. These nanoplates are single crystal with a mean size of 25-1073 nm and thickness of ca. 10-22 nm. The optical in-plane dipole plasmon resonance bands of these plates can be tuned from 458 to 2400 nm. Control experiments have been explored for a more thorough understanding of the growth mechanism. It was found that the additional citrate ions in the growth solution were the key to controlling the aspect ratio of silver nanoplates. Similar to the surfactants or polymers in the solution, citrate ions could be likewise dynamically adsorbed on the growing silver nanoparticles and promote the two-dimensional growth of silver nanoparticles under certain conditions. Small silver seeds were also found to play an important role in the formation of large thin silver nanoplates, although the structure of them was not clear yet and needed further investigations.

Glycyl glycine templating synthesis of single-crystal silver nanoplates

We describe the small-biomolecule ( glycyl glycine)-directed synthesis of single-crystalline silver nanoplates, and different experimental conditions have been explored for a more thorough understanding of the growth mechanism. The yield of silver nanoplates relative to the total number of nanoparticles formed was as high as similar to 80%. It was found that the ratio of glycyl glycine to AgNO3 was the key to forming Ag nanoplates.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Kinetic effects of halide ions on the morphological evolution of silver nanoplates

Time-resolved extinction spectroscopy is employed to study the reaction kinetics in the shape-conversion reaction involving halide ions (including Cl-, Br- and I-) etching (sculpturing) silver nanoplates. A series of time-resolved extinction spectra are obtained during the in situ etching process and the evolution of surface plasmon resonance (SPR) of the silver nanoparticles is analyzed. Spectral analysis indicates that the conversion of nanoprisms starts simultaneously with the emergence of nanodisks when the halide ions are added. The etching rate of different halide ions is evaluated through the in-plane dipole resonance peak intensity of silver nanoplates vs. the reaction time (dI/dt). The relationship between the etching rate and the halide ion concentration shows that the halide ion etching reaction can be considered as a pseudo-first-order reaction. The effect of different halide ions on the shape-conversion of silver nanoplates is compared in detail. The activation energy of the etching reaction is calculated, which indicates that the etching ability of different halide ions is on the order of Cl - < I- < Br-.

Photoinduced shape conversion and reconstruction of silver nanoprisms

A series of shapes of silver nanoplates were achieved by adjusting the concentration of citrate in the colloid in the photoinduced process. The local surface plasmon resonance (LSPR) of the silver nanoplates could be tuned gradually in a range from 740 to 440 nm. In contrast, the LSPR band can be photomediated again to the long wavelength region within 620-690 nm only by adding more citrate to the colloidal system. The initial silver nanoprisms converted to the discal shape under the light effect. In this conversion, the coupling effect of the plasmon resonance and the light source speeds up the photothermal reaction. Subsequently, the reconstruction of silver nanoprisms from the nanodisks took place in the presence of more citrate through the photoconversion.

Shape evolution of silver nanoplates through heating and photoinduction

Shape conversions of silver nanoplates were realized by heating and subsequent light irradiation. The initial silver nanoprisms were transformed into silver nanodisks gradually in the process of heating, which was possibly achieved through dissolving and readsorption of silver atoms on the surface of silver nanoplates. Subsequently, under light irradiation, the heating induced silver nanodisks were reversed to silver nanoprisms in the same solution. The dissolved oxygen was found to play a pivotal role in the shape conversion from nanoprism to nanodisk. In addition to heating, deionized water could induce the shape conversion of silver nanoplates when it was added to precipitate of the initial silver nanoprisms after centrifugation. Citrate in solution is essential to the photoinduced shape conversion process. Transmission electron microscopy (TEM) and extinction spectroscopy results demonstrated that localized surface plasmon resonance (LSPR) properties of silver nanoplates were effectively tuned through shape conversion.

Efeitos de Confinamento de Vórtice Magnético em Nanodiscos de Fe e Py

We report two theoretical works, based in numerical simulations. The first study consists in the investigation of equilibrium phases and vortex formation in Ferro and Permalloy circular and square nanoelements.The another have the aim to investigate the magnetostatic interaction between pairs of nanodisks of Ferro and Permalloy and it`s impact in the vortex structure