Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đế lên trường plasmon định xứ của các cấu trúc nano bạc trong tán xạ Raman tăng cường bề mặt

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC ĐẾ LÊN TRƯỜNG PLASMON ĐỊNH XỨ CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO BẠC TRONG TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT

Ngành:

Vật lý chất rắn (Mã số chuyên ngành: 944 01 04)

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đế lên trường plasmon định xứ của các cấu trúc nano bạc trong tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS), nhằm khắc phục nhược điểm tín hiệu yếu của tán xạ Raman thông thường. Công trình này được thực hiện trong bối cảnh các nghiên cứu plasmonic và SERS đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, đặc biệt là sự phát triển qua bốn giai đoạn của đế SERS. Tuy nhiên, các nhóm nghiên cứu trong nước chưa chú trọng đến sự ảnh hưởng của các cấu trúc đế khác nhau lên trường định xứ và hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman.

Mục tiêu chính của luận án là đánh giá trường plasmon định xứ thông qua hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman của cấu trúc nano bạc trên các đế khác nhau. Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu đã sử dụng phương pháp thực nghiệm để chế tạo các đế SERS và phân tích các chất nồng độ thấp, đồng thời tính toán đánh giá hệ số tăng cường tán xạ Raman.

Nội dung nghiên cứu bao gồm việc chế tạo và khảo sát các đế SERS bạc bằng phương pháp lắng đọng hạt nano bạc, cũng như phương pháp khử trực tiếp trên nhiều loại đế nền (thủy tinh, silic, giấy lọc sợi cellulose, giấy lọc thủy tinh). Các đặc điểm bề mặt, tính chất quang và ảnh hưởng của các loại đế nền, hình thái hạt nano bạc, loại chất khử, và nồng độ chất khử lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt và độ đồng đều tín hiệu đã được nghiên cứu chi tiết.

Kết quả cho thấy, luận án đã chế tạo thành công các đế SERS bằng cả hai phương pháp lắng đọng và khử trực tiếp. Trường plasmon định xứ của các đế SERS không chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật liệu mà còn vào hình thái của đế nền. Đặc biệt, các đế SERS giấy bạc chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp hóa học có tính chất linh động, cho phép điều khiển chất lượng đế thông qua việc thay đổi chất khử, chất gắn kết và nồng độ chất khử. Các đế SERS giấy bạc tối ưu nhất trong nghiên cứu có khả năng phát hiện melamine ở nồng độ thấp nhất là 10⁻⁷M với hệ số tăng cường cao hơn 1-2 bậc so với đế SERS thương phẩm. Nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc về ảnh hưởng của cấu trúc đế lên hiệu suất SERS, mở ra tiềm năng ứng dụng trong phân tích nồng độ thấp.

Mục lục chi tiết:

MỞ ĐẦU

• Mục tiêu nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu

• Nội dung nghiên cứu

  • i/ Nghiên cứu chế tạo các đế SERS bạc bằng phương pháp lắng đọng các hạt nano bạc lên trên các loại đế.
  • ii/ Khảo sát sự ảnh hưởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của các đế SERS bạc chế tạo bằng phương pháp lắng đọng.
  • iii/ Nghiên cứu chế tạo các đế SERS bạc bằng phương pháp khử trực tiếp trên các loại đế khác nhau.
  • iv/ Khảo sát sự ảnh hưởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của các đế SERS bạc chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp.
  • v/ Tối ưu hóa hệ số tăng cường đế SERS giấy bạc chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PLASMON VÀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT DO HIỆU ỨNG PLASMON

• 1.1. Tổng quan về hiệu ứng plasmon và vật liệu plasmonic

  • 1.1.1. Hiệu ứng plasmon của các cấu trúc nano kim loại
  • 1.1.2. Hiệu ứng plasmon – polariton bề mặt
  • 1.1.3. Trường cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ (LSPR)

• 1.2. Tán xạ Raman tăng cường bề mặt

  • 1.2.1. Tán xạ Raman
  • 1.2.2. Hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS)
  • 1.2.2.1. Lý thuyết Raman của một phân tử đơn độc trong không gian tự do
  • 1.2.2.2. Sự tăng cường trường định xứ trong SERS
  • 1.2.2.3. Sự tăng cường bức xạ trong SERS
  • 1.2.3. Sự ảnh hưởng của các cấu trúc để lên trường Plasmon định xứ của các hạt nano kim loại trong SERS
  • 1.2.3.1. Đơn hạt nano kim loại trên để phẳng
  • 1.2.3.2. Một dimer kim loại plasmon trên đế phẳng
  • 1.2.4. Các loại đế SERS và phương pháp chế tạo
  • 1.2.4.1. Đế SERS hạt kim loại dạng keo trong dung dịch
  • 1.2.4.2. Đế SERS cứng
  • 1.2.4.3. Các đế SERS linh động
  • 1.2.4.4. Các đế SERS linh động trong suốt
  • 1.2.5. Ứng dụng đế SERS

• 1.3. Kết luận

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỂ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG CÁC HẠT NANO KIM LOẠI TRÊN CÁC ĐẾ NỀN

• 2.1. Chế tạo và nghiên cứu đặc tính của các hạt meso bạc

  • 2.1.1. Chế tạo các hạt meso bạc
  • 2.1.1.1. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng
  • 2.1.1.2. Quy trình chế tạo
  • 2.1.2. Đặc trưng của các hạt meso bạc
  • 2.1.3. Kết luận

• 2.2. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phương pháp lắng đọng

  • 2.2.1. Chế tạo các đế SERS bằng phương pháp lắng đọng
  • 2.2.1.1. Chuẩn bị các để nền
  • 2.2.1.2. Chế tạo các đế SERS bằng phương pháp lắng đọng
  • 2.2.1.3. Chuẩn bị mẫu cho các phép đo SERS
  • 2.2.2. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phương pháp lắng đọng
  • 2.2.3. Đặc tính SERS của các đế SERS chế tạo bằng phương pháp lắng đọng
  • 2.2.3.1. Sự ảnh hưởng của các cấu trúc để nền lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
  • 2.2.3.2. Sự ảnh hưởng của các cấu trúc để nền lên độ đồng đều tín hiệu tán xạ Raman bề mặt.
  • 2.2.3.2. Sự ảnh hưởng của các loại hạt lắng đọng trên để lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt.

• 2.3. Kết luận

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐẾ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRỰC TIẾP TRÊN CÁC ĐẾ NỀN.

• 3.1. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phương pháp khử trực tiếp

  • 3.1.1. Chế tạo các đế SERS bằng phương pháp khử trực tiếp
  • 3.1.1.1. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng
  • 3.1.1.2. Quy trình chế tạo
  • 3.1.2. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp
  • 3.1.2.1. Hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên các để nền
  • 3.1.2.2. Đặc tính quang của các đế SERS khử trực tiếp
  • 3.1.3. Ảnh hưởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
  • 3.1.3. Kết luận

• 3.2. Nghiên cứu tối ưu đế SERS chế tạo bằng phương pháp khử trực tiếp trên giấy

  • 3.2.1. Chế tạo các đế SERS giấy bạc sử dụng chitosan
  • 3.2.2. Ảnh hưởng của chitosan lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.2.1. Ảnh hưởng của chitosan lên đặc tính quang và số lượng cấu trúc bạc tạo thành trên giấy lọc
  • 3.2.2.2. Ảnh hưởng của chitosan lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
  • 3.2.2.3. Ảnh hưởng của chitosan lên đặc tính tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.3. Ảnh hưởng của các loại chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.3.1. Ảnh hưởng của chất khử lên đặc tính hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
  • 3.2.3.2. Ảnh hưởng của chất khử lên đặc tính tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
  • 3.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử lên đặc tính tăng cường tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
  • 3.2.5. Hệ số tăng cường của các đế SERS giấy bạc tối ưu chế tạo được so với các đế SERS giấy bạc thương mại

• 3.3. Kết Luận

KẾT LUẬN

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN