miun.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Electrical Sintering of Silver Nanoparticle Ink Studied by In-Situ TEM Probing
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics.ORCID iD: 0000-0001-9137-3440
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics.ORCID iD: 0000-0003-2873-7875
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Information Technology and Media.ORCID iD: 0000-0002-3790-0729
Mid Sweden University, Faculty of Science, Technology and Media, Department of Natural Sciences, Engineering and Mathematics.ORCID iD: 0000-0001-7329-3359
2011 (English)In: PLoS ONE, ISSN 1932-6203, E-ISSN 1932-6203, Vol. 6, no 2, p. Art. no. e17209-Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Metallic nanoparticle inks are used for printed electronics, but to reach acceptable conductivity the structures need to be sintered, usually using a furnace. Recently, sintering by direct resistive heating has been demonstrated. For a microscopic understanding of this Joule heating sintering method, we studied the entire process in real time inside a transmission electron microscope equipped with a movable electrical probe. We found an onset of Joule heating induced sintering and coalescence of nanoparticles at power levels of 0.1-10 mW/mu m(3). In addition, a carbonization of the organic shells that stabilize the nanoparticles were found, with a conductivity of 4 10(5) Sm-1

Place, publisher, year, edition, pages
2011. Vol. 6, no 2, p. Art. no. e17209-
Keyword [en]
GOLD NANOPARTICLES; METAL NANOPARTICLES; ROOM-TEMPERATURE; COALESCENCE; FABRICATION; MICROSCOPE; PARTICLES; NANOWIRES; SUBSTRATE; TRACKS
National Category
Natural Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:miun:diva-9051DOI: 10.1371/journal.pone.0017209ISI: 000287761700035Scopus ID: 2-s2.0-79952095106Local ID: STCOAI: oai:DiVA.org:miun-9051DiVA, id: diva2:221032
Available from: 2009-06-03 Created: 2009-06-03 Last updated: 2017-12-13Bibliographically approved
In thesis
1. In-situ TEM Probing of Nanomaterials
Open this publication in new window or tab >>In-situ TEM Probing of Nanomaterials
2009 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Nanomaterials because of their small size, may have special properties unlikely to be seen in ordinary types of materials. Nanomaterials like nanotubes,nanowires and nanoparticles are best studied at the nanoscale, vital but also problematic. In this thesis we use a transmission electron microscope (TEM)combined with a scanning tunneling microscope probe. This system allows TEM images to be captured and recorded into a movie together with recordedelectrical data for real time analysis. Using this method we found that the electrical conductivity of molybdenumbased nanowires Mo6S3I6 can be improved by current induced transformation. This might be a general method of improving nanowires which is of high valueif the wires are to be used in electrical circuits or field emission devices. The bending modulus for these nanowires were also determined, by an electromechanical resonance method, to 4.9 GPa. The sintering phase of silver nanoparticles, used in electrical conductive ink for printing electrical circuits, were studied by the in-situ TEM probing method. We observed that percolation path ways are formed and that the dispersive agent of the particles can be pyrolysed into a net of carbon with characteristics similar to graphite. We also developed a method for decorating nanowires and nanotubes with gold nanoparticles. Nanowire particle composites are often used in assembling more complex devices (electronic circuits) or for linking to organic molecules (biosensor applications) and existing particle decoration methods are either difficult or with low yield. By in situ TEM probing we found that carbon nanocages can be grown onto these gold nanoparticles. The size of the gold nanoparticles is controllable an thus the size of the nanocages. These nanocages may be used in medicine- or hydrogen storage-applications.

Abstract [sv]

Nanomaterial har givits stort intresse under det senaste årtiondet, detta på grund av deras unika egenskaper som gör att de i många hänseenden överträffar traditionella material. Egenskaperna beror till största del på storlek och därför är det nödvändigt att studera dessa material på nanonivå, något som är problematiskt. För sådana studier krävs ett instrument med tillräckligt hög upplösning på nanonivå samt ett system med en prob som möjligör selektion och karakterisering utav individuella byggstenar. I denna avhandling används ett transmissionselektronmikroskop (TEM) tillsammans med ett sveptunnelmikroskop (STM) där det senare används som prob. Systemet medger studier på nanonivå och karakterisering av enskilda byggstenar under realtids avbildning (in situ). Metoden medger en bättre överblick och hanterbarhet vid nanomanipulering än vad till exempel atomkraftmikroskopi medger. Piezodrivna probar kan även användas i svepelektronmikroskop men dessa medger inte samma upplösning som transmissionselektronmikroskopet. Nanotrådar av Mo6S3I6 är ett alternativt material till kolnanorör och överträffar dessa i form av löslighet i båda organiska såväl som polära lösningsmedel. De är enkla att syntetisera men deras elektriska konduktivitet är låg. Mo6S3I6 nanotrådar studerades med in situ TEM probing. Vi fann att genom att driva en tillräckligt hög elektrisk ström genom nanotråden så resulterade detta i en omvandling till en solid metallisk molybden nanotråd med en konduktivitet nära värdet för bulkmaterialet. Resultat är intressant då nanotrådar kan användas i t.ex. fältemission, men resultatet visar också på att det kan vara en generell metod för att förbättra nanotrådar överlag. På dessa nanotrådar har även en elektromekanisk resonans studie utförts där böjmodulen för materialet bestämdes till 4.9 GPa. Med in situ-TEM-probing metoden har även silvernanobläck studerats under en sintringsprocess. Studien visade att vid sintringen så bildas perkulativa vägar genom bläckets silvernanopartiklar samt att vid hög sinteringstemperatur förkolnades det lösningsmedel som silvernanopartiklarna är lösta i. Förkolningen av lösningsmedlet resulterade i ett kolnät med liknande egenskaper som för grafit. Förståelse utav sinteringsprocessen är nödvändig eftersom vid tryckning av elektriskt ledande banor på papper används sintring för att höja ledningsförmågan. Genom att växa nanopartiklar på nanotrådar förändras deras egenskaper och tillämpningar. Existerande metoder är endera komplicerade eller ger dåligt ut- byte. Ett enkelt recept för att växa guldnanopartiklar på kolnanorör och Mo6S3I6 nanotrådar har därför tagits fram. Dessa kolnanorör och nanotrådar har sedan studerats med in-situ-TEM-probing metoden som visade att utanpå dessa guldnanopartiklar kan burar av kol skapas. Eftersom partiklarnas storlek kan kontrolleras kan även kolnanoburarnas storlek kontrolleras. Burarna har användningsområden t.ex. inom medicin och vid lagring av vätgas.

Place, publisher, year, edition, pages
Sundsvall: Mid Sweden University, 2009. p. 76
Series
Mid Sweden University doctoral thesis, ISSN 1652-893X ; 69
Keyword
nanotechnology, in situ, TEM, probing, nanowires, nanoparticles, ink
National Category
Other Engineering and Technologies not elsewhere specified Other Engineering and Technologies not elsewhere specified Condensed Matter Physics
Identifiers
urn:nbn:se:miun:diva-8998 (URN)978-91-86073-34-3 (ISBN)
Public defence
2009-06-05, O102, Holmgatan 10, Sundsvall, 13:15 (English)
Opponent
Supervisors
Note
The thesis covers six scientific papersAvailable from: 2009-06-03 Created: 2009-05-27 Last updated: 2010-02-25Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(268 kB)456 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 268 kBChecksum SHA-512
1407fb3c671d49cb480f330178da6a86b7e1095cadad6053edefd4a7d6113618b13554034d502bff82c9d237966b89a259b12a44ddec0fc2af98efbf5dcb8b7e
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Hummelgård, MagnusZhang, RenyunNilsson, Hans-ErikOlin, Håkan

Search in DiVA

By author/editor
Hummelgård, MagnusZhang, RenyunNilsson, Hans-ErikOlin, Håkan
By organisation
Department of Natural Sciences, Engineering and MathematicsDepartment of Information Technology and Media
In the same journal
PLoS ONE
Natural Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 456 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 1001 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf