Ανάπτυξη πλασμονικών νανοαισθητήρων ενός βήματος με χρήση τεχνολογίας ψεκασμού πυρόλυσης φλόγας
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Σούτζιος, Σωκράτης
Soutzios, Sokratis
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Στο παρόν Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία
παρασκευής ετεροδομημένων πλασμονικών νάνο-αισθητήρων. Συγκεκριμένα, παράχθηκαν
σωματίδια νανοάργυρου (Ag) σε συνδυασμό με άλλα οξείδια όπως TiO2 και SiO2. Η τεχνική
που χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή των σωματιδίων είναι η τεχνολογία Ψεκασμού
Πυρόλυσης Φλόγας και η εναπόθεση των νανοσωματιδίων έγινε in-situ πάνω σε ειδικά
διαμορφωμένο υπόστρωμα υάλου, ο παράγοντας αυτός είναι σημαντικός για την
ομοιομορφία, επαναληψημότητα και σταθερότητα του νανοφιλμ.
Η συντονισμός τοπικού επιφανειακού πλασμονίου (LSPR) σε μεταλλικές νανοδομές
δημιουργεί πληθώρα οπτικών και ηλεκτρονικών φαινομένων, συμπεριλαμβανομένου του
φαινομένου της Επιφανειακής Ενίσχυσης Φασματοσκοπίας Raman (SERS). Αυτά τα δύο
φαινόμενα είναι στενά συνδεδεμένα, καθώς η LSPR ενισχύει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο
στην περιοχή των νανοδομών, με αποτέλεσμα την ενισχυμένη ανασπονδόσκοπηση Raman.
Αυτή η συνεργία μεταξύ LSPR και SERS δίνει τη δυνατότητα για ανίχνευση και
χαρακτηρισμό μορίων, ανοίγοντας τον δρόμο για διάφορες εφαρμογές, όπως βιοαισθητήρες,
μοριακή απεικόνιση και χημική ανάλυση.
Με τον έλεγχο της απόστασης μεταξύ των σωματιδίων αργύρου μέσω της χρήση του SiO2
ως διηλεκτρικό απομονωτή, καταφέραμε να κατασκευάσουμε ένα νανοαισθητήρα για
οργανικά μόρια, με το βέλτιστο ποσοστό του SiO2 να είναι 10%. Ο παράγοντας ενίσχυσης
της SERS υπολογίστηκε EFMax ≈ 1011, γεγονός που σημαίνει ότι βρισκόμαστε στο όριο
ανίχνευσης για Single Molecule SERS.
Στη μελέτη μας, χρησιμοποιήσαμε το 4-Mercaptobenzoic Acid ως μόριο ανίχνευσης για
την βαθμονόμηση, λόγω του υψηλού βαθμού προσρόφησης του. Επιπλέον, με την αλλαγή
του χρόνου εναπόθεσης των νανοσωματιδίων στο υπόστρωμα υάλου, ήταν δυνατό να
ελέγξουμε το πάχος του φιλμ, με το πάχος που αντιστοιχεί σε χρόνο td = 60s να φαίνεται ως
το πιο αποδοτικό. Ως εφαρμογή, μετρήσαμε έναν παρασιτοκτόνο με την ονομασία Thiram
σε συγκεντρώσεις έως nM.
Στο δεύτερο μέρος αυτής της διατριβής μελετήθηκε Φωτοεπαγόμενη Ενίσχυση
Φασματοσκοπίας Raman (PIERS) και ειδικότερα αναλύθηκε το υπόστρωμα AgTiO2. Με
φωτισμό του νανοαισθητήρα, ο οποίος περιείχε ως φώτο-ενεργοποιούμενο ημιαγωγό το
διοξείδιο του τιτανίου, με υπέρυθρο φως επιτυγχάνουμε μια επιπλέον χημική ενίσχυση που
συντελεί στο φαινόμενο SERS. Η παρατηρούμενη ενίσχυση αποδίδεται στην παρουσία
επιφανειακών ατελειών οξυγόνου (VO2), οι οποίες δημιουργούνται με τον φωτισμό του φιλμ.
Η ενίσχυση PIERS των νανοφιλμ που είχαν παρασκευαστεί με διαδοχική εναπόθεση
σωματιδίων ήταν σημαντικά μικρότερη σε σύγκριση με τα φιλμς που είχαν ταυτόχρονη
εναπόθεση αργύρου και διοξειδίου του τιτανίου. Αυτό το φαινόμενο δημιουργείται εξαιτίας
παραμορφώσεων του πλέγματος στην διεπεπιφάνεια μέταλλό-ημιαγωγός.
Τέλος, το φαινόμενο PIERS χρησιμοποιήθηκε με σκοπό να βελτιώσει το όριο ανίχνευσης
στο 4-MBA από 10-6 Μ σε 10-9 M .
In the present M.Sc. thesis, a method for fabricating plasmonic heterostructured nano- sensors was developed. Specifically, nanosilver particles (Ag) were combined with other oxides such as Titanium oxide (TiO2) and Silica (SiO2). Flame Spray Pyrolysis was used for nanoparticle fabrication and in-situ deposition on glass substrate was a crucial factor for the uniformity, reproducibility and stability of the substrate. Local surface plasmon resonance (LSPR) in metallic nanostructures gives rise to a multitude of optical and electronic phenomena, including the phenomenon of surface- enhanced Raman scattering (SERS). These two phenomena are intricately connected, as LSPR amplifies the electromagnetic field in the vicinity of the nanostructures, resulting in enhanced Raman signals. This synergy between LSPR and SERS enables ultrasensitive detection and characterization of molecules, opening up avenues for various applications such as biosensing, molecular imaging, and chemical analysis. By controlling the inteparticle distance between Ag particles with SiO2 working as an dielectric spacer we manage to fabricate a nanosensor for organic molecules, the optimum percentage of SiO2 is 10% wt. The enhancement factor of SERS calculated to be EFMax∼ 1011 , meaning that the ultimate Single Molecule SERS limit was reached. In our study, we used 4-Mercaptobenzoic Acid as Raman Reporter for most of the calibration, due to the fact that it has high adsorption. Also, Rhodamine 6G was used for further investigation. Additionally, by different deposition times of the nanoparticles on the substrate it was possible to control the thickness of the film, in our case td of 60s seemed to be the most efficient. As an application we measured a pesticide named Thiram in concentrations of nM. In the second part of this thesis the Photo Induced Enhanced Raman was studied and more precisely the AgTiO2 substrate was analyzed. By illuminating the nanosensor, which contained a photo-activated semiconductor, with a UV light lamp we achieve an additional chemical enhancement to contribute in the SERS effect. The observed enhancement is attributed to the presence of surface oxygen vacancies (Vo), which are generated by pre-irradiation of the substrate. It was concluded PIERS enhancement of sequentially made nanofilms was significantly smaller compared to single nozzle made nanofilms. That phenomenon happened due to lattice distortions in the metal- semiconductor interphase. Finally, the PIERS effect was used in order to increase the Limit of Detection (LOD) for the 4-MBA from 10-6 to 10-9 M.
In the present M.Sc. thesis, a method for fabricating plasmonic heterostructured nano- sensors was developed. Specifically, nanosilver particles (Ag) were combined with other oxides such as Titanium oxide (TiO2) and Silica (SiO2). Flame Spray Pyrolysis was used for nanoparticle fabrication and in-situ deposition on glass substrate was a crucial factor for the uniformity, reproducibility and stability of the substrate. Local surface plasmon resonance (LSPR) in metallic nanostructures gives rise to a multitude of optical and electronic phenomena, including the phenomenon of surface- enhanced Raman scattering (SERS). These two phenomena are intricately connected, as LSPR amplifies the electromagnetic field in the vicinity of the nanostructures, resulting in enhanced Raman signals. This synergy between LSPR and SERS enables ultrasensitive detection and characterization of molecules, opening up avenues for various applications such as biosensing, molecular imaging, and chemical analysis. By controlling the inteparticle distance between Ag particles with SiO2 working as an dielectric spacer we manage to fabricate a nanosensor for organic molecules, the optimum percentage of SiO2 is 10% wt. The enhancement factor of SERS calculated to be EFMax∼ 1011 , meaning that the ultimate Single Molecule SERS limit was reached. In our study, we used 4-Mercaptobenzoic Acid as Raman Reporter for most of the calibration, due to the fact that it has high adsorption. Also, Rhodamine 6G was used for further investigation. Additionally, by different deposition times of the nanoparticles on the substrate it was possible to control the thickness of the film, in our case td of 60s seemed to be the most efficient. As an application we measured a pesticide named Thiram in concentrations of nM. In the second part of this thesis the Photo Induced Enhanced Raman was studied and more precisely the AgTiO2 substrate was analyzed. By illuminating the nanosensor, which contained a photo-activated semiconductor, with a UV light lamp we achieve an additional chemical enhancement to contribute in the SERS effect. The observed enhancement is attributed to the presence of surface oxygen vacancies (Vo), which are generated by pre-irradiation of the substrate. It was concluded PIERS enhancement of sequentially made nanofilms was significantly smaller compared to single nozzle made nanofilms. That phenomenon happened due to lattice distortions in the metal- semiconductor interphase. Finally, the PIERS effect was used in order to increase the Limit of Detection (LOD) for the 4-MBA from 10-6 to 10-9 M.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Nanosensors, Plasmonics, SERS, PIERS
Θεματική κατηγορία
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Όνομα επιβλέποντος
Δεληγιαννάκης, Ιωάννης
Εξεταστική επιτροπή
Μπουρλίνος, Αθανάσιος
Μάρκου, Αναστάσιος
Δεληγιαννάκης, Ιωάννης
Μάρκου, Αναστάσιος
Δεληγιαννάκης, Ιωάννης
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
114 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States