Optical diagnostics of dusty plasmas during nanoparticle growth

Mikikian, Maxime; Labidi, Safa; Wahl, Erik von; Lagrange, Jean-François; Lecas, Thomas; Massereau-Guilbaud, Véronique; Géraud-Grenier, Isabelle; Kovačević, Eva; Berndt, Johannes; Kersten, Holger; Gibert, Titaïna

doi:10.1088/0741-3335/59/1/014034

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“…As mentioned above, a region with high emission intensity in the centre of the plasma bulk was not observed during phase II. In several other studies the emission profile typical for the γ-regime has been observed [56,116,161]. The presence of this region with high emission intensity in the plasma bulk has been linked to the formation of a void inside the plasma bulk [56,105].…”

Section: Dynamics Of the Sheathmentioning

confidence: 84%

“…In several other studies the emission profile typical for the γ-regime has been observed [56,116,161]. The presence of this region with high emission intensity in the plasma bulk has been linked to the formation of a void inside the plasma bulk [56,105]. The conditions inside the void are different from the conditions in the nanoparticle loaded regions surrounding it and result in a higher emission intensity.…”

Section: Dynamics Of the Sheathmentioning

confidence: 93%

“…The frequency band that contains f RF = 13. 56 MHz is indeed open for public use and one can obtain a reasonably efficient power coupling into the discharge at this driving frequency. After manufacturers started to include RF generators and matching networks optimsed for operating at this frequency in their product portfolios, f RF = 13.56MHz became an unofficial standard frequency for driving RF discharges.…”

Section: Chapter 2 Theoretical Background 21 Fundamental Aspects Of mentioning

confidence: 99%

“…But, most of the work on RF discharges has been performed at f RF = 13. 56 MHz, so that one has larger database for comparing and interpreting results if one uses the same driving frequency.…”

Section: Chapter 2 Theoretical Background 21 Fundamental Aspects Of mentioning

confidence: 99%

“…This information can, for example, be used to determine the concentration of the different species in the plasma, cf. for example [56,57]. However, for a quantitative analysis detailed information about the different excitation paths and the electron energy distribution function (EEDF) are required.…”

Section: Optical Emission Spectroscopymentioning

confidence: 99%

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Nanoparticle forming reactive plasmas: a multidiagnostic approach

et al. 2018

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Ich versichere an Eides statt, dass diese Dissertation, außer der Beratung durch meine Betreuer, nach Inhalt und Form meine eigene Arbeit ist. Die Arbeiten Dritter habe ich entsprechend gekennzeichnet. Des Weiteren versichere ich, dass diese Arbeit weder in Gänze noch in Teilen im Rahmen eines Prüfungsverfahrens vorgelegen hat, veröffentlicht worden ist oder zur Veröffentlichung eingereicht wurde. Zudem versichere ich, dass die Arbeit unter Einhaltung der Regeln guter wissenschaftlicher Praxis der Deutschen Forschungsgemeinschaft entstanden ist. Ort, Datum Unterschrift I would have written a shorter thesis, but I did not have the time. free after Blaise Pascal VII Kurzfassung Diese Arbeit fasst Experimente, die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches TR24-Grundlagen komplexer Plasmen erzielt wurden, zusammen. Präziser ausgedrückt fasst diese Arbeit Experimente zusammen, deren Ziel die Untersuchung der Bildung von Nanopartikeln in reaktiven Plasmen und der Wechselwirkung der dispergierten Nanopartikel mit der Entladung war. Dazu wurde ein multidiagnostischer Ansatz verwendet. Der multidiagnostische Ansatz machte die Entwicklung eines neuen Plasmareaktors notwendig. Trotz seiner kleinen Größe können am sogenannten 'Pequod'-Reaktor eine Reihe von verschiedenen Diagnostiken installiert werden. Der untersuchte Entladungszyklus ist in drei Phasen (I-III) unterteilt worden. Das Sammeln von Nanopartikeln aus der Entladung hat gezeigt, dass sich schon 2 Sekunden nach Zündung der Entladung Nanopartikel gebildet haben. Die konventionelle orbit motion limit (OML)-Theorie wurde um die Schottky-Emission von heißen Nanopartikeln erweitert, um die Verzögerung der Aufladung bis zum Beginn der Phase II circa 9 s nach Zündung der Entladung zu erklären. Der Anstieg des Anregungsgrades während Phase II wurde als ein Anstieg der Elektronentemperatur T e interpretiert, der den Abfall der freien Elektronendichte n e überwiegt. Simulationen deuten daraufhin, dass Coulomb-Stöße die Elektronenstoßfrequenz für Impulsverlust ν m e beeinflussen können. The Dynamik der Hochspannungsrandschicht an der getriebenen Elektrode deutet an, dass die mit Nanopartikeln gefüllte Entladung sich zumindest zum Teil wie eine elektronegative Entladung verhält. Während Phase III werden die Veränderungen, die während Phase II beobachtet wurden, umgekehrt. Es wurde spekuliert, dass dies durch eine Neuanordnung des Nanopartikel-Ensembles und den Verlust von Nanopartikeln verursacht wird. Das Wachstum der 1. Partikelgeneration kann in zwei Bereiche unterteilt werden. Das Wachstum großer Nanopartikel wird durch Oberflächenabscheidung dominiert, wohingegen das Wachstum kleinerer Nanopartikel durch einen anderen Mechanismus dominiert wird. Ein simples Modell basierend auf binärer Koaleszenz von Nanopartikeln wurde benutzt, um das Wachstum der kleinen Nanopartikel zu erklären. Die Aussichten für den Einsatz von Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) als Diagnostik wurden untersucht, indem Streuexperimente an eingeschlossenen Nanopartikel-Ensemblen durchgeführt wurden. Bed...

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Section: Dynamics Of the Sheathmentioning

confidence: 84%

Section: Dynamics Of the Sheathmentioning

confidence: 93%

Section: Chapter 2 Theoretical Background 21 Fundamental Aspects Of mentioning

confidence: 99%

Section: Chapter 2 Theoretical Background 21 Fundamental Aspects Of mentioning

confidence: 99%

Section: Optical Emission Spectroscopymentioning

confidence: 99%

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Nanoparticle forming reactive plasmas: a multidiagnostic approach

et al. 2018

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Surface-Active Plasma-Polymerized Nanoparticles for Multifunctional Diagnostic, Targeting, and Therapeutic Probes

Haidar

Baldry

Fraser

et al. 2022

ACS Appl. Nano Mater.

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Surface-functionalized polymeric nanoparticles have advanced the field of nanomedicine as promising constructs for targeted delivery of molecular cargo as well as diagnostics and therapeutics. Conventionally, the functionalization of polymeric nanoparticles incorporates tedious wet chemical methods that require complex, multistep protocols. Surface-active plasma-polymerized nanoparticles (PPNs) produced by a dry, low-pressure plasma process can be easily functionalized with multiple ligands in a simple step. However, plasma polymerization remains limited by the challenge of efficient collection of PPNs from low-pressure plasma reactors. Here, we demonstrate a simple method to overcome this limitation by delaying the inflow of the polymer-forming precursor gas, acetylene, into a nitrogen and argon plasma discharge. We provide evidence that this cutting-edge development in the plasma polymerization method drastically enhances the collection yield of nanoparticles by 2.5-fold, compared to the simultaneous inflow of the gases. COMSOL Multiphysics simulations support our experimental data and provide insights into the role of pressure gradients in regulating the forces controlling the collection of the particles. Surface characterization data revealed that changing the sequence of the precursor gas inflow had no significant effect on the physicochemical properties of the nanoparticles, as critically important for theranostic applications. A model, green fluorescent protein, was successfully conjugated to the surface of the PPNs via a reagent-free, one-step incubation process that immobilized the biomolecule while retaining its biological activity. Cytotoxicity of the particles was assessed by a lactate dehydrogenase (LDH) assay at concentrations of up to 5 × 105 nanoparticles per cell. Despite their high concentrations, the nanoparticles were remarkably well tolerated by the cells, demonstrating their superb potential for in vivo cellular uptake. This study advances previous research on plasma-polymerized nanoparticles, introducing a low-waste synthesis method that achieves higher yields. This sustainable technology has important implications for the production of multifunctional nanoparticles for drug delivery, tumor targeting, and medical imaging.

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