Development of gas aggregation source and radial magnetron sputtering for the production of core@shell metallic nanoparticles

Nos últimos anos novas propriedades magnéticas, eletrônicas e ópticas, têm sido observadas em sistemas de nanopartículas (NPs) feitas de diferentes tipos de materiais. Em nanoestruturas do tipo núcleo@casca, a composição de um núcleo magnético com uma casca plasmônica apresenta características que lhe conferem promissor potencial para aplicações em áreas como eletrônica, biomédica, farmacêutica, óptica e catálise. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para a produção de nanopartículas metálicas do tipo núcleo@casca pela combinação de técnicas físicas, o método de agregação gasosa e fontes de magnetron sputtering planar/radial. As NPs produzidas foram analisadas magneticamente por VSM e SQUID, sua morfologia por HRTEM, a sua composição por RBS e EDS, a sua estrutura cristalina por XRD e as propriedades ópticas por espectrofotometria de UV-Visível. Os resultados experimentais serão apresentados para o sistema Co@Cu, mas a técnica pode ser utilizada para produzir NPs compostas de outros elementos químicos. Em paralelo a produção de nanopartículas, o gerador de NPs foi totalmente reestruturado. Foram testadas diferentes aberturas de saída das nanopartículas, viabilizando uma deposição do material de forma homogênea em áreas maiores. As novas aberturas possuem formato cônico, plano e de grades (600 furos com diâmetros entre 50 µm e 224 µm). Através destas grades foi possível obter uma distribuição espacial homogênea de nanopartículas. A entrada de gás no gerador também foi modificada, a fim de otimizar a deposição dos aglomerados e obter uma reprodutibilidade na operação do equipamento. Foram testados diversos modos de entrada do gás: na lateral do copo, no centro em diferentes distâncias do alvo e por último na região em torno do alvo, sendo a última a melhor configuração obtida.In recent years new magnetic, electronic and optical properties have been observed in nanoparticles (NPs) made of different conjugation of materials. In magnetic nanostructures of the core@shell type, the compound of a magnetic core and a plasmonic shell, provides many features with potential for applications in areas such as electronics, biomedical, pharmaceutical, optical and catalysis. This work presents a new approach to the production of metallic core@shell nanoparticles by the combination of physical techniques, the gas aggregation method and planar/radial magnetron sputtering sources. The produced NPs were magnetically analyzed by VSM e SQUID, the morphology by SEM and HRTEM, the stoichiometry by RBS and EDS, the crystal structure by XRD and UV-Visible spectrophotometry. The experimental results will be presented for the system Co@Cu but the technique can be used to produce NPs composed of other chemical elements. In parallel to the production of nanoparticles, the NPs generator has been completely redesigned. Different apertures were tested enabling deposition of homogeneous material in large areas. The nanoparticles are now spread on the substrate using the frontal apertures shaped as conical, plane and grids (600 holes ranging from 50 µm to 224 µm diameters). Through these grids we have obtained a homogeneous spatial distribution of NPs. The gas inlet in the NP generator was modified, in order to optimize the deposition of NPs and to obtain reproducibility in the operation of the equipment. Several gas injection modes were explored, as p.e. lateral; frontal to the center of the target at different distances; and finally through the gap of the sputtering gun, in parallel to the target surface. The last option was the best configuration