Плазмонен резонанс. Международен студентски научен бюлетин Локализирани резонанси на разсейване и поглъщане в наночастици

Оптичната абсорбционна спектроскопия е един от най-старите методи за физикохимичен анализ на биомолекули. Въпреки това, неговата ниска чувствителност и пространствена разделителна способност не позволяват изучаване на процеси, включващи ниски концентрации на протеин. Учени от Бъркли успяха да "удължат живота" на оптичния метод, като го комбинираха с друг принцип, използван в биофизичните и биохимичните изследвания - плазмонен резонанс. Оказа се, че в спектъра на еластично разсейване на златни наночастици, въведени в клетка, могат да се появят специфични „пропадания“, съответстващи на честотите, при които някои биологични молекули (например металопротеини) абсорбират. Изследователите наричат ​​този ефект миграция на плазмонна резонансна енергияи го обяснете с директното взаимодействие на златни частици с протеинови молекули, адсорбирани върху тях. Предложеният метод има безпрецедентна чувствителност: може да се използва за определяне, ако не на отделни протеинови молекули, то поне на техните десетки.

Оптичната спектрометрия ви позволява да изследвате протеини, които имат оптична плътност във видимия диапазон на електромагнитното излъчване (хромопротеини)чрез измерване на абсорбцията на светлина при определени ( "Характеристика"за специфични молекули) дължини на вълните. Подобни измервания обаче изискват доста високи концентрации на протеин, а пространствената разделителна способност на този метод е много ниска (обикновено се изследват разтвори на молекули, разположени в спектрометрични кювети, и просто няма въпрос къде точно в клетката се намират изследваните молекули разположен). Методите, базирани на измерване, са много по-чувствителни флуоресценция(заедно с конфокалната микроскопия те позволяват да се определи местоположението на молекулите вътре в живата клетка), но тук е необходимо да се модифицират изследваните молекули със специални етикетни молекули, което не винаги е желателно или възможно. Друг метод, често използван в биологията, спектроскопията с ядрено-магнитен резонанс, също изисква доста големи концентрации на протеин и често изотопно маркиране на обект, който е сложен в живите системи.

Методологията, предложена от учени от Бъркли (статия, публикувана в списанието Природни методи) се основава на въвеждането на наноскопични златни частици с контролиран размер (20–30 nm) в живи клетки. Електроните на повърхността на частици, направени от метали като злато или сребро, колективно осцилират в отговор на облъчване със светлина с определена дължина на вълната - феномен, известен като плазмонен резонанс(вижте страничната лента). Резонансните честоти на тези наночастици се регистрират много по-лесно от слабия (поради много ниски концентрации) оптичен сигнал от биологични молекули, което прави възможно извършването на измервания.

Стояхме в самолета
С променлив ъгъл на отражение,
Гледайки закона
Раздвижване на пейзажи.

Повтаряне на думите
Лишен от всякакъв смисъл
Но без напрежение,
Никакво напрежение.
Б.Г.

Литература

1. Gang Logan Liu, Yi-Tao Long, Yeonho Choi, Taewook Kang, Luke P Lee. (2007). Наноспектроскопия с квантувано охлаждане на плазмон чрез плазмонен резонансен трансфер на енергия. Nat методи. 4 , 1015-1017;
2. Нова техника за наночастици улавя химичните реакции в единична жива клетка с удивителна яснота. (2007). ScienceDaily.

, поляритон , плазмон , нанофотоника Определение Плазмонният резонанс (в случай на наноразмерни метални структури - локализиран плазмонен резонанс) е възбуждане на повърхностен плазмон на неговата резонансна честота от външна електромагнитна вълна. Описание

Повърхностният плазмон не е пряко свързан с електромагнитното излъчване в околната среда в близост до метала, тъй като неговата скорост е по-малка от скоростта на светлината. Техника, която позволява използването на повърхностни плазмони в оптиката, се основава на използването на пълно вътрешно отражение. При пълно вътрешно отражение електромагнитната вълна се разпространява по повърхността, отразяваща светлината, чиято скорост е по-малка от скоростта на светлината и зависи от ъгъла на падане. Ако при определен ъгъл на падане скоростта на тази вълна съвпада със скоростта на повърхностния плазмон върху металната повърхност, тогава условията за пълно вътрешно отражение ще бъдат нарушени и отражението ще престане да бъде пълно и повърхността ще възникне плазмонен резонанс.

В наноразмерни метални системи възниква модификация на колективните електронни възбуждания. Колективно електронно възбуждане на метални наночастици, чийто размер е по-малък от дължината на вълната на електромагнитното излъчване в околната среда - локализиран повърхностен плазмон - осцилира с честота, по-малка от честотата на масовия плазмон с фактор около 3, докато честотата на повърхностния плазмон е приблизително 2 пъти по-малка от честотата на масовия плазмон плазмон. Поради малкия размер на системата се елиминира изискването скоростта на разпространение на възбуждането и електромагнитната вълна във външната среда да съвпадат, така че локализираните повърхностни плазмони да са пряко свързани с радиацията. Когато честотата на външното поле съвпадне с честотата на локализирания повърхностен плазмон, възниква резонанс, водещ до рязко увеличаване на полето на повърхността на частицата и увеличаване на сечението на поглъщане.

Свойствата на локализираните плазмони критично зависят от формата на наночастиците, което прави възможно настройването на системата от техните резонанси за ефективно взаимодействие със светлина или елементарни квантови системи.

Понастоящем феноменът на повърхностния плазмонен резонанс се използва широко при създаването на химически и биологични сензори. При контакт с биологични обекти (ДНК, вируси, антитела) плазмоничните наноструктури позволяват да се увеличи интензивността на флуоресцентните сигнали с повече от един порядък, т.е. значително разширяване на възможностите за откриване, идентифициране и диагностика на биологични обекти.

• Наймушина Дария Анатолиевна

Връзки

1. Перлин Е.Ю., Вартанян Т.А., Федоров А.В. Физика на твърдото тяло. Оптика на полупроводници, диелектрици, метали: Учебник. - Санкт Петербург: Санкт Петербургски държавен университет ITMO, 2008. - 216 с.
2. Pompa P.P., Martiradonna L. et al. Усилена с метал флуоресценция на колоидни нанокристали с наномащабен контрол // Nature Nanotechnology - vol. 1, 2006 - С. 126 -130
3. Нащекин А.В. и др.. Биосензори на базата на повърхностен плазмонен резонанс // Сборник резюмета на секционни доклади, постерни презентации и доклади на участници в конкурса за научни разработки на млади учени - Втори международен форум по нанотехнологии, 2008 г.

Илюстрации Етикети Раздели Методи за диагностика и изследване на наноструктури и наноматериали
Науката

Енциклопедичен речник на нанотехнологиите. - Руснано. 2010 .

Вижте какво е „плазмонен резонанс“ в други речници:

Английски плазмонен резонанс) възбуждане на повърхностен плазмон на неговата резонансна честота от външна електромагнитна вълна (в случай на метални структури с нано размери се нарича локализиран плазмонен резонанс). Описание Технически ... Wikipedia

Терминът нанофармакология Терминът на английски нанофармакология Синоними Съкращения Сродни термини адхезия, доставка на ген, антитяло, бактериофаг, протеини, биологична мембрана, хипертермия, ДНК, капсид, квантова точка, кинезин, клетка... Енциклопедичен речник по нанотехнологии

Зъбни колела с молекулен размер, базирани на нанотръби ... Wikipedia

Нанопредавки с молекулен размер Нанотехнологията е интердисциплинарна област на фундаменталната и приложна наука и технология, занимаваща се с комбинация от теоретична обосновка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и ... ... Wikipedia

Нанопредавки с молекулен размер Нанотехнологията е интердисциплинарна област на фундаменталната и приложна наука и технология, занимаваща се с комбинация от теоретична обосновка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и ... ... Wikipedia

Нанопредавки с молекулен размер Нанотехнологията е интердисциплинарна област на фундаменталната и приложна наука и технология, занимаваща се с комбинация от теоретична обосновка, практически методи за изследване, анализ и синтез, както и ... ... Wikipedia

Във физиката плазмонът е квазичастица, съответстваща на квантуването на плазмени трептения, които са колективни трептения на свободен електронен газ. Съдържание 1 Обяснение 2 Възможни приложения... Wikipedia

Във физиката плазмонът е квазичастица, съответстваща на квантуването на плазмени трептения, които са колективни трептения на свободен електронен газ. Обяснение Плазмоните играят голяма роля в оптичните свойства на металите. Светлина с честота ... Wikipedia

злато- (Злато) Златото е благороден метал Злато: цена, проби, процент, покупка, разновидности на злато Съдържание >>>>>>>>>>>>>>>> Злато е, определение... Енциклопедия на инвеститора

1. Какво представляват наночастиците?
2. Характеристики на оптичните процеси, протичащи в нанометрови мащаби
3. Спектрални свойства на полупроводникови частици
4. Спектрални свойства на метални частици
5. Хибридни наночастици и техните спектрални свойства

Използвани термини

• Диференциално напречно сечение на разсейване – физическа величина, равна на отношението на броя на частиците, разпръснати за единица време на единица телесен ъгълдΩ , към плътността на потока на падащите частици
• Общо напречно сечение на разсейване – е диференциалното напречно сечение на разсейване, интегрирано върху пълния телесен ъгъл
• Скорост на усвояване – реципрочната стойност на разстоянието, на което потокът от монохроматично лъчение, образуващо паралелен лъч, намалява в резултат на абсорбция в средата вд веднъж

Какво стана наночастици?

Наночастиците се отнасят до обекти с размери от няколко нанометра до няколкостотин нанометра. По правило това са или кристали с нанометров мащаб ( нанокристали), или големи молекули

1 – фулерен С 60; 2 – еднослойна полупроводникова квантова точка; 3 – квантова точка от типа “ядро-обвивка”; 4 – ТЕМ изображение на златни наночастици; 5 – ТЕМ изображение на сребърни наночастици.

Квантови точки

Ще разгледаме главно специалния случай на наночастиците - квантови точки. Квантова точка е кристал, в който движението на носители на заряд (електрони или дупки) е ограничено и в трите измерения. Квантовата точка се състои от стотици атоми!

В момента химиците са в състояние да синтезират квантови точки с голямо разнообразие от състави. Най-често срещаните квантови точки са базирани на кадмий (напр. CdSe).

• Нанооптикаизучава физическите свойства, структурата и методите за създаване на светлинни полета, локализирани в нанометрови мащаби.
• Традиционна оптика и лазерна физика справят се със светлинни полета в далечната (вълнова) зона R" λ.
• Специфика на оптичния диапазон– диполно приближение размер на излъчвателя а« λ → a ~0,1 – 1 nm; λ ~0,2 – 1 µm (UV – IR).
• Оптика в близко поле (подвълнова оптика) се занимава с полета на разстояния от източника (обект)R« λ (до няколко nm).
• При такива условия освен обикновените (разпространяващите се) вълни трябва да се имат предвид и локализираните (изчезващи) вълни! Това е особено важно при разглеждане ансамбли от частици !

Отчитането на взаимодействието в близкото поле води до качествена промяна в поведението на полетата

Отчитането на влиянието на локализираните полета води до възможността за разпространение на светлина, чиято поляризация е насочена по посока на разпространение. Такива вълни (наречени надлъжни) не се вземат предвид в конвенционалната оптика. Въпреки това, когато се работи с обекти с нанометрови размери, интензитетите на такива вълни могат да надвишават интензитетите на конвенционалните (напречни) електромагнитни вълни.

Най-простият нанофотонен сплитер

Наляво:Поляризация по посока Х, заедно разпространение на вълната

На дясно:Поляризация по посока Y, през разпространение на вълната

Характеристики на оптичните процеси, протичащи в нанометрови мащаби

• Трябва да се вземе предвид влиянието на локализираните полета
• Електромагнитните полета в близост до наноструктури се различават значително от полетата в свободното пространство и в насипни материали
• Тези обстоятелства са особено важни при разглеждане на ефектите, възникващи в близост до границите на наноструктурите, както и по време на взаимодействието на близко разположени наночастици
• Локализираните полета съществуват в ограничени части от пространството, но интензитетите на такива полета могат да бъдат значителни, което може да доведе до появата на нелинейни оптични явления
• Ако изследваните нанообекти имат размери по-малки от 10 nm, квантовите ефекти могат да започнат да играят роля, което води до неприложимостта на използването на концепцията за диелектрична константа

Спектрални свойства на полупроводникови наночастици

• В насипен материал един електрон може да заеме всяка незаета позиция в зоната на проводимост. Спектърът на фотоните, излъчени, когато електрон се върне във валентната лента, е непрекъснат.
• В квантовата точка има пространствено ограничено намаляване на дъното на проводящата лента и увеличаване на горната част на валентната лента. Поради законите на квантовата механика, допустимите енергийни нива на електрона образуват дискретен спектър.

Енергийни нива в квантовата точка

Енергийните нива на електрона и дупката са обратно пропорционални на квадрата на ширината на квантовата точка! Избирайки различни размери и форми на квантовите точки, можете да ги накарате да излъчват или абсорбират светлина дадена дължина на вълната. Това позволява използването същият материал, но различни размери и форми, създават източници на светлина, излъчващи в даден спектрален диапазон!

Емисионни спектри на квантови точки

Зависимост на флуоресценцията на квантови точки ядро-обвивка CdSe/ZnS, облъчени със светлина с l = 470 nm от радиуса на ядрото.

Нормализирани емисионни спектри на In(Ga)As квантови точки, поставени в GaAs матрица.

Както в случая с полупроводниковите наночастици, спектралните свойства на металните частици зависят значително от техния размер и форма. Въпреки това, за разлика от полупроводниците, в случая на металите това явление е свързано главно с възбуждане плазмони . Когато светлината взаимодейства с електрони, които могат да се движат свободно в целия метал, позицията на електроните спрямо позицията на йоните в кристалната решетка започва да се колебае с плазмена честота ωp. Квантите на плазмените трептения се наричат плазмони .

В случай на взаимодействие на светлина с повърхността на метал, електромагнитната вълна прониква в метала само на много къси разстояния (по-малко от 50 nm за сребро и злато), така че основният принос за вибрациите се прави от електрони, разположени близо до повърхността. Техните колективни вибрации се наричат разпространяващи се повърхностни плазмони . Ако свободните електрони са ограничени до определен краен обем на метала (какъвто е случаят с металните наночастици), вибрациите са локализирани и техните кванти се наричат локализирани повърхностни плазмони .

Плазмонен резонанс

Ако плазмонните трептения, възбудени в различни части на кристала, се намесват конструктивно, възниква явлението плазмоничен резонанс . В този случай напречното сечение на екстинкция (поглъщане + разсейване) се увеличава значително. Положението на пика в спектъра, както и неговата големина, значително зависят от формата на частицата и нейния размер.

Модове на плазмонни трептения, възбуждани от облъчване на нанотриъгълник с лъч електрони с различни енергии. В зависимост от енергията, максимумите на полето се появяват в ъглите, близо до центровете на лицата и в центъра на триъгълника

Зависимост на спектрите на металните наночастици от тяхната форма и размер

Максимуми в спектрите на разсейване за различни метални наночастици: а) сребърни нанопризми; б) златни мъниста с размер 100 nm; в) златни мъниста с размер 50 nm; г) сребърни мъниста с размер 100 nm; д) сребърни мъниста с размер 80 nm; е) сребърни мъниста с размер 40 nm.

Зависимост на спектъра на екстинкция на сребърни наночастици от формата на частиците.

Спектрални свойства на метални частици

• Спектралните свойства на металните наночастици са свързани с феномена на резонанс на локализирани повърхностни плазмони
• Позицията, големината и формата на спектрите на екстинкция на металните наночастици зависят от формата и размера на наночастиците
• Чрез промяна на размера и формата на метална наночастица, можем да гарантираме, че максималното напречно сечение на екстинкция попада в желания спектрален диапазон
• Използвайки това свойство, е възможно значително да се увеличи ефективността на слънчевите клетки поради абсорбцията на различни части от слънчевия спектър от различни наночастици

Хибридни наночастици

Хибрид наночастици се състои от различни материали, като метал и полупроводник. Тъй като свойствата на различните материали се променят по различен начин с намаляване на размера, когато се описват оптичните свойства на хибридните наночастици, е необходимо да се вземе предвид взаимодействието между различните компоненти, които изграждат нанообекта.

Нека разгледаме оптичните свойства на хибридните наночастици, използвайки примера на метало-органични наночастици от типа „ядро-обвивка“, състоящи се от метално ядро ​​и багрилна обвивка в така нареченото агрегатно състояние.

Относителна позиция на пиковете на несмущения плазмонен резонанс на ядрото (Ag и Au) и пика на екситона на обвивката на J-агрегата на багрилото (TC, OC, PIC)

Типични спектри на абсорбция на светлина на Ag/J-агрегат и Au/J хибридни наночастици-мерна единица

Зависимост на природата на фотоабсорбционните спектри на хибридни наночастици Ag/J-агрегат ( пикови позиции и интензитети) върху дебелината на външната обвивка на багрилото при фиксиран радиус на сърцевината

Дебелина на черупката: ℓ=2 nm (1); l= 4 nm (2); l= 6 nm (3); l= 8 nm (4); l= 10 nm (5); l=12 nm (6). Радиусът на ядрото на наночастицата не се променя: r= 30 nm

Зависимост на оптичните свойства на хибридните наночастици от тяхната форма

Обект на изследване: 2-слойни сфероидни наночастици с метално ядро ​​(Ag, Au), покрити с J-агрегат от цианиново багрило.

Зависимост на спектъра на поглъщане на композитни системи Ag/J-агрегат от геометрични параметри

Спектрални свойства на хибридни наночастици

• Спектралните свойства на хибридните частици се различават значително от свойствата на компонентите, които изграждат наночастицата
• Взаимодействието на компонентите на наночастиците може да доведе до промяна в позицията на пиковете в напречните сечения на абсорбция, появата на нови пикове, както и промяна в пиковите стойности на напречните сечения на абсорбция
• Позициите и броят на пиковете в напречните сечения на абсорбцията зависят от формата на наночастицата
• За несферичните частици позициите на максимумите на абсорбция зависят от поляризацията на падащото лъчение
• Чрез избора на различни геометрични параметри на хибридна наночастица е възможно да се постигне изместване на пиковете на абсорбция към желаната спектрална област, което отваря възможността за контролиране на спектралните свойства на хибридните наночастици.

заключения

• Оптичните свойства на наночастиците са коренно различни от свойствата на насипния материал
• За почти всички наночастици спектралните характеристики се променят значително с промени във формата и размера на частиците
• Чрез промяна на геометричните параметри на наночастиците е възможно да се постигнат необходимите оптични свойства
• Когато се преминава към разглеждане на ансамбли от наночастици, е необходимо да се вземе предвид взаимодействието между отделните частици
• Спектралните свойства на хибридните наночастици се различават от свойствата на компонентите, от които са съставени (цялото не е равно на сбора от частите!)

Библиография

• Л. Новотни, Б. Хехт, Основинанооптика, Москва, Физматлит 2011 г
• Й. Масумото, Т. Такагахара, полупроводник Квантови точки, Springer-Verlag Berlin, Хайделберг, Ню Йорк, 2002 г
• СРЕЩУ. Лебедев и др., Колоиди и повърхности A 326, 204 (2008); Квантова електроника 40, 246 (2010)
• V.S. Лебедев, A.S. Медведев, Квантова електроника 42, 701 (2012); Квантова електроника 43, № 11 (2013); J. Russ. Лазерна рез. 34 303 (2013)
• Р.Б. Василиев, Д.Н. Дирин, А.М. Гасков, Успехи на химията, 80, 1190 (2011)
• В. М. Агранович, Ю. N. Gartstein и M. Litinskaya, Chemical Reviews, 111, 5179 (2011)
• ТОЙ. Шефър, Нанонаука, Springer Хайделберг Дордрехт Лондон Ню Йорк, 2010 г
• Серхио Г. Родриго, Оптични свойства НаноструктуриранМеталик системи, Springer Хайделберг Дордрехт Лондон Ню Йорк, 2012 г

Когато електромагнитното излъчване взаимодейства с металните наночастици, подвижните електрони на проводимостта на частиците се изместват спрямо положително заредените метални йони на решетката. Това изместване е колективно по природа, при което движението на електроните е последователно във фаза. Ако размерът на частиците е много по-малък от дължината на вълната на падащата светлина, тогава движението на електроните води до образуването на дипол. В резултат на това възниква сила, която се стреми да върне електроните в равновесно положение. Големината на възстановяващата сила е пропорционална на величината на изместването, както при типичен осцилатор, така че можем да говорим за наличието на собствена честота на колективни трептения на електрони в частицата. Ако честотата на трептенията на падащата светлина съвпада с естествената честота на трептенията на свободните електрони в близост до повърхността на метална частица, се наблюдава рязко увеличаване на амплитудата на трептенията на „електронната плазма“, чийто квантов аналог е плазмон. Това явление се нарича повърхностен плазмонен резонанс (SPR). Появява се пик в спектъра на абсорбция на светлина. За частици благороден метал с размер от порядъка на 10-100 nm SPR се наблюдава във видимата област на спектъра и в близкия инфрачервен диапазон. Неговата позиция и интензитет зависят от размера, формата на наночастиците и локалната диелектрична среда. Сферичните сребърни наночастици с диаметър 10-25 nm имат пик на абсорбция близо до 400-420 nm (фиг. 1а), сферичните златни наночастици - 520 nm, наночастиците меден (I) оксид - 450-700 nm.

Нанопръчките имат анизотропна симетрия и следователно се наблюдават два пика в абсорбционния спектър, съответстващ на напречния и надлъжния плазмон. Напречният плазмон дава пик на абсорбция при 400 nm, а надлъжният може да се появи в диапазона от 500-1000 nm. т.е. V

близка инфрачервена област. Неговата позиция се определя от размерните фактори на нанопръчката, а именно съотношението дължина към ширина.

λ, nm

λ, nm

Фиг.1аСпектър на оптична абсорбция на сребърни наночастици

Фиг.1бСпектър на оптична абсорбция на пръчковидни сребърни наночастици

Експериментална част Обработка и представяне на лабораторни резултати

Докладът трябва да съдържа:

Схема и уравнение на реакцията за синтез на наночастици

Записи на промени в цвета на разтвора по време на синтез

Записи за влиянието (или липсата на влияние) на концентрацията на редуциращ агент и/или стабилизатор върху размера и стабилността на получените наночастици

Абсорбционен спектър на разтвор от наночастици

Изводи за формата и размера на наночастиците в синтезирания разтвор

Лабораторна работа № 1 Получаване на Ag наночастици по цитратния метод

Този метод позволява да се получат сравнително големи сребърни частици с диаметър 60-80 nm. Максимална абсорбция 420 nm.

Реактиви и оборудване

Реактиви: 0,005M разтвор на сребърен нитрат AgNO 3, натриев цитрат Na 3 C 6 H 5 O 7 ∙6H 2 O (1% разтвор), дестилирана вода.

Оборудване:везни, спектрофотометър, кварцови кювети с дължина на оптичния път 1 cm, колби от 200 ml, чаши от 50 ml, нагреваема бъркалка, градуиран цилиндър.

Работен ред

Пригответе 0,005M (0,085%) разтвор на AgNO 3 във вода. За да направите това, разтворете 0,0425 g от веществото в 50 ml дестилирана вода.

Прехвърлете 25 ml от приготвения разтвор в колба и добавете 100 ml вода.

Пригответе 1% разтвор на натриев цитрат, като разтворите 0,5 g от него в 50 ml вода.

125 мл от получения разтвор на сребърен нитрат се загряват до кипене на котлон с бъркалка.

Веднага щом разтворът започне да кипи, добавете към него 5 ml 1% разтвор на натриев цитрат.

Загрейте разтвора, докато цветът стане бледожълт.

Оставете разтвора да се охлади до стайна температура при работеща бъркалка.

Обемът на разтвора, който е намалял поради кипенето, се довежда до 125 ml с вода.

Запишете спектъра на поглъщане на получения колоиден разтвор в диапазона 200 – 800 nm. Използвайте вода като референтен разтвор.

Вземете спектъра на абсорбция след ден или седмица. Сравнете получените спектри. Какво може да се каже за стабилността на наночастиците? Какви фактори определят стабилността на наночастиците, получени по този метод? Какви други методи са известни за повишаване на стабилността на металните наночастици? Защо воден разтвор на сребърен нитрат се съхранява в тъмен съд в лабораторията?

Добавете 5 ml разредена HCl на капки към 5 ml разтвор на получените сребърни наночастици. Повторете опита с оцетна киселина CH 3 COOH. Наблюдавайте постепенното разтваряне на сребърните наночастици и образуването на бяла утайка при добавяне на солна киселина и обезцветяване на разтвора при добавяне на оцетна киселина. Запишете изводите, наблюденията и уравненията на реакцията в тетрадката си.

ПОВЪРХНОСТЕН ПЛАЗМОНЕН РЕЗОНАНС НА СРЕБЪРНИ НАНОЧАСТИЦИ В СТЪКЛО СЪС СТЕХИОМЕТРИЧЕН СЪСТАВ НА ЛИТИЕВ ДИСИЛИКАТ

Институт по химия на силикатите на името на I. V. Grebenshchikov RAS,

Макарова, Санкт Петербург, 199034 Русия

електронна поща *****@***ru

Повърхностният плазмонен резонанс на наночастиците е рязко увеличаване на интензитета на абсорбция и разсейване при определена дължина на вълната на падаща светлина, която резонира със собствената честота на трептенията на електронния газ на повърхността на наночастицата. Параметрите на плазмонния резонанс са: неговата величина, позиция в спектъра, полуширочина на лентата. Те зависят от материала, формата, размера на наночастицата, както и от състава на средата. Проведено е изследване, при което върху същите проби от фотоструктурирани (фоточувствителни) стъкла с добавки от сребърни примеси 0,03Ag (тегл.%) над 100% и цериев диоксид 0,05 CeO2 (тегл.%) над 100% , въведени както поотделно, така и заедно, са изследвани кристализацията и оптичните свойства на стъкло със стехиометричен състав на литиев дисиликат 33.5Li2O 66.5SiO2 (mol.%):

Когато са изложени на ултравиолетово лъчение и топлинна обработка, редуциращите йони предават електрони на сребърни йони, превръщайки ги в атомно състояние. Рентгеновото облъчване не изисква въвеждането на сенсибилизатор. При повишени температури сребърните атоми образуват наночастици, които служат като кристализационни центрове за основната неметална фаза на литиевия дисиликат.

Тъй като максималната скорост на нуклеация на кристали от литиев дисиликат се наблюдава при температура от 460 ° C, ние избрахме тази температура за изследване на оптичните свойства на стъклата. Пробите се държат при температура 460 °C в продължение на 3 часа. Фигура 1 показва зависимостите на оптичната плътност на пробите, д, от дължината на вълната за оригиналното стъкло 1 (без примеси и облъчване); с примеси на сребро и цериев диоксид 2; с примес на сребро 3. Проби 2 и 3 бяха облъчени в продължение на 10 минути. Режим на термообработка 460 °C 3 часа.

Както се вижда от фигура 1, зависимостта на оптичната плътност на образец 1 няма максимуми, тя постепенно намалява. Оптичната плътност на пробата с церий и сребро има два максимума: първият е за дължина на вълната 310 nm, вторият е при λ = 425 nm и накрая, оптичната плътност на пробата със сребро има само един максимум при λ = 425 nm. От това можем да заключим, че абсорбционната лента при дължина на вълната λ = 310 nm е свързана с наличието на цериеви йони в стъклото, а дължината на вълната λ = 425 съответства на плазмонния резонанс на сребърните наночастици.

Изводи от работата

Проведено е цялостно изследване, при което върху същите проби от фотоструктурирано (фоточувствително) стъкло със стехиометричен състав на литиев дисиликат 33,5Li2O 66,5SiO2 (мол.%) с добавяне на фоточувствителен примес от сребро (0,03 тегл.%) над 100%) и цериев диоксид (0,05 тегл.% над 100%), въведени както поотделно, така и заедно, бяха изследвани кристализацията и оптичните свойства. Установено е, че лентата на поглъщане при дължина на вълната λ = 310 nm е свързана с наличието на цериеви йони в стъклото, а дължината на вълната λ = 425 съответства на плазмонния резонанс на сребърните наночастици.

Скоростта на нуклеация на литиев дисиликат върху сребърни частици за дълбочина на пробата от 0,52 mm е 500 пъти по-висока от скоростта на нуклеация при хомогенни условия на нуклеация, което дава възможност да се препоръча използването на литиево силикатно стъкло с този състав като фотоструктуриран материал за производство на фоточувствителни стъкла и фотообшивки.

1. A. Зараждане на кристали в литиево-силикатни фоточувствителни стъкла. LAP LAMBERT Academic Publishing. ISBN: 978-3-8454-1285-6. 148стр. Номер на проекта (24811). LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG Dudweiler Landstraße 99, 66123 Saarbrücken Германия. 2011 г

2. А., В., А., А. Влиянието на златните наночастици върху процесите на аморфизация и кристализация във фотоструктурируемото литиево-силикатно стъкло. и хим. стъклена чаша 2013. Т.39. номер 4. P.513-521.