Proprietățile optice ale soluțiilor de nanoparticule. Rezonanța plasmonilor de suprafață
REZONAnța PLASMONĂ DE SUPRAFAȚĂ A NANOPARTICULELOR DE ARGINT ÎN STICLA CU DISILICAT DE LITIU STOICHIOMETRIC COMPOZIȚIE
Institutul de Chimie a Silicaților numit după I. V. Grebenshchikov RAS,
Makarova, Sankt Petersburg, 199034 Rusia
e-mail ******@***ru
Rezonanța plasmonică de suprafață a nanoparticulelor este o creștere bruscă a intensității absorbției și împrăștierii la o anumită lungime de undă a luminii incidente, care rezonează cu frecvența naturală a oscilațiilor gazului de electroni pe suprafața nanoparticulei. Parametrii rezonanței plasmonilor sunt: mărimea acestuia, poziția în spectru, jumătatea lățimii benzii. Acestea depind de materialul, forma, dimensiunea nanoparticulei, precum și de compoziția mediului. A fost realizat un studiu în care, pe aceleași probe de pahare fotostructurate (fotosensibile) cu aditivi de impurități de argint 0,03Ag (gr.%) peste 100% și dioxid de ceriu 0,05 CeO2 (gr.%) peste 100% , introduse atât separat, cât și împreună, au fost studiate cristalizarea și proprietățile optice ale sticlei compoziției stoichiometrice a disilicatului de litiu 33,5Li2O 66,5SiO2 (mol.%):
Când sunt expuși la radiații ultraviolete și la tratament termic, ionii reducători cedează electroni la ionii de argint, transformându-i într-o stare atomică. Radiația cu raze X nu necesită introducerea unui sensibilizator. La temperaturi ridicate, atomii de argint formează nanoparticule, care servesc drept centre de cristalizare pentru principala fază nemetalică a disilicatului de litiu.
Deoarece rata maximă de nucleare a cristalelor de disilicat de litiu este observată la o temperatură de 460 °C, am ales această temperatură pentru a studia proprietățile optice ale sticlelor. Probele au fost ținute la o temperatură de 460 °C timp de 3 ore. Figura 1 prezintă dependențele densității optice a probelor, D, de la lungimea de undă pentru sticla originală 1 (fără impurități și iradiere); cu impurități de argint și dioxid de ceriu 2; cu un amestec de argint 3. Probele 2 și 3 au fost iradiate timp de 10 minute. Mod de tratament termic 460 °C 3 ore.
După cum se poate observa din figura 1, dependența densității optice a probei 1 nu are maxime, aceasta scade treptat. Densitatea optică a probei cu ceriu și argint are două maxime: prima este pentru o lungime de undă de 310 nm, a doua se află la λ = 425 nm și, în final, densitatea optică a probei cu argint are un singur maxim la λ = 425 nm. Din aceasta putem concluziona că banda de absorbție la lungimea de undă λ = 310 nm este asociată cu prezența ionilor de ceriu în sticlă, iar lungimea de undă λ = 425 corespunde rezonanței plasmonice a nanoparticulelor de argint.
Concluzii din lucrare
A fost efectuat un studiu cuprinzător, în care, pe aceleași probe de sticlă fotostructurată (fotosensibilă) de compoziție stoechiometrică de disilicat de litiu 33,5Li2O 66,5SiO2 (mol.%) cu adăugarea unei impurități fotosensibile de argint (0,03% în greutate). peste 100%) și dioxid de ceriu (0,05% în greutate peste 100%), introduse atât separat, cât și împreună, au fost studiate cristalizarea și proprietățile optice. S-a stabilit că banda de absorbție la lungimea de undă λ = 310 nm este asociată cu prezența ionilor de ceriu în sticlă, iar lungimea de undă λ = 425 corespunde rezonanței plasmonice a nanoparticulelor de argint.
Rata de nucleare a disilicatului de litiu pe particule de argint pentru o adâncime a probei de 0,52 mm este de 500 de ori mai mare decât rata de nucleare în condiții de nucleare omogene, ceea ce face posibilă recomandarea utilizării sticlei de silicat de litiu din această compoziție ca material fotostructurat pentru producția de ochelari fotosensibili și de fototalle.
1. A. Nuclearea cristalelor în pahare fotosensibile de silicat de litiu. Editura Academică LAP LAMBERT. ISBN: 978-3-8454-1285-6. 148p. Numărul proiectului (24811). LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG Dudweiler Landstraße 99, 66123 Saarbrücken Germania. 2011
2. A., V., A., A. Influența nanoparticulelor de aur asupra proceselor de amorfizare și cristalizare în sticla fotostructurabilă de silicat de litiu. si chimic. sticlă 2013. T.39. nr. 4. P.513-521.
Când radiația electromagnetică interacționează cu nanoparticulele de metal, electronii de conducție mobili ai particulelor sunt deplasați în raport cu ionii metalici încărcați pozitiv ai rețelei. Această deplasare este de natură colectivă, în care mișcarea electronilor este consecventă în fază. Dacă dimensiunea particulelor este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii incidente, atunci mișcarea electronilor duce la apariția unui dipol. Ca rezultat, apare o forță care tinde să readucă electronii în poziția de echilibru. Mărimea forței de restabilire este proporțională cu mărimea deplasării, ca pentru un oscilator tipic, deci putem vorbi despre prezența unei frecvențe naturale a oscilațiilor colective ale electronilor în particulă. Dacă frecvența oscilațiilor luminii incidente coincide cu frecvența naturală a oscilațiilor electronilor liberi lângă suprafața unei particule de metal, se observă o creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor „plasmei de electroni”, al cărei analog cuantic este un plasmon. Acest fenomen se numește rezonanță plasmonică de suprafață (SPR). Un vârf apare în spectrul de absorbție a luminii. Pentru particulele de metal nobil cu o dimensiune de ordinul 10-100 nm, SPR este observată în regiunea vizibilă a spectrului și în domeniul infraroșu apropiat. Poziția și intensitatea sa depind de dimensiunea, forma nanoparticulelor și de mediul dielectric local. Nanoparticulele sferice de argint cu un diametru de 10-25 nm au un vârf de absorbție aproape de 400-420 nm (Fig. 1a), nanoparticule sferice de aur - 520 nm, nanoparticule de oxid de cupru (I) - 450-700 nm.
Nanorodurile au simetrie anizotropă și, prin urmare, se observă două vârfuri în spectrul de absorbție, corespunzătoare plasmonilor transversal și longitudinal. adică V
regiunea infraroșu apropiat. Poziția sa este determinată de factorii dimensionali ai nanorodului, și anume raportul dintre lungime și lățime.
λ, nm
λ, nm
Fig.1a Spectrul de absorbție optică al nanoparticulelor de argint
Fig.1b Spectrul de absorbție optică al nanoparticulelor de argint în formă de tijă
Partea experimentală Prelucrarea și prezentarea rezultatelor de laborator
Raportul trebuie să includă:
Schema și ecuația reacției pentru sinteza nanoparticulelor
Înregistrări ale modificărilor de culoare a soluției în timpul sintezei
Înregistrări ale influenței (sau lipsei de influență) a concentrației unui agent reducător și/sau stabilizator asupra dimensiunii și stabilității nanoparticulelor rezultate
Spectrul de absorbție al unei soluții de nanoparticule
Concluzii despre forma și dimensiunea nanoparticulelor din soluția sintetizată
Lucrări de laborator Nr. 1 Obținerea nanoparticulelor de Ag prin metoda citratului
Această metodă permite obținerea unor particule de argint relativ mari, cu un diametru de 60-80 nm. Absorbție maximă 420 nm.
Reactivi si echipamente
Reactivi: Soluție 0,005M de azotat de argint AgNO 3, citrat de sodiu Na 3 C 6 H 5 O 7 ∙ 6H 2 O (soluție 1%), apă distilată.
Echipament: cântare, spectrofotometru, cuve de cuarț cu lungimea traseului optic de 1 cm, baloane de 200 ml, pahare de 50 ml, agitator încălzit, cilindru gradat.
Comanda de lucru
Se prepară o soluție 0,005M (0,085%) de AgNO3 în apă. Pentru a face acest lucru, dizolvați 0,0425 g de substanță în 50 ml de apă distilată.
Se transferă 25 ml din soluția preparată într-un balon și se adaugă 100 ml apă.
Se prepară o soluție de citrat de sodiu 1% dizolvând 0,5 g din aceasta în 50 ml apă.
Se încălzesc 125 ml din soluția de azotat de argint rezultată până la fierbere pe o plită cu un agitator.
De îndată ce soluția începe să fiarbă, adăugați în ea 5 ml de soluție de citrat de sodiu 1%.
Se încălzește soluția până când culoarea devine galben pal.
Lăsați soluția să se răcească la temperatura camerei cu agitatorul în funcțiune.
Aduceți volumul soluției, care a scăzut din cauza fierberii, la 125 ml cu apă.
Înregistrați spectrul de absorbție al soluției coloidale rezultate în intervalul 200 – 800 nm. Utilizați apă ca soluție de referință.
Luați spectrul de absorbție după o zi sau o săptămână. Comparați spectrele rezultate. Ce se poate spune despre stabilitatea nanoparticulelor? Ce factori determină stabilitatea nanoparticulelor obținute prin această metodă?
Ce alte metode sunt cunoscute pentru a crește stabilitatea nanoparticulelor de metal?
De ce soluție apoasă azotat de argint este depozitat în laborator într-un recipient întunecat?
Plasmonul de suprafață nu este direct legat de radiația electromagnetică din mediul adiacent metalului, deoarece viteza sa este mai mică decât viteza luminii. O tehnică care permite utilizarea plasmonilor de suprafață în optică se bazează pe utilizarea reflexiei interne totale. În reflexia internă totală, o undă electromagnetică se propagă de-a lungul unei suprafețe care reflectă lumina, a cărei viteză este mai mică decât viteza luminii și depinde de unghiul de incidență. Dacă, la un anumit unghi de incidență, viteza acestei unde coincide cu viteza plasmonului de suprafață pe suprafața metalului, atunci condițiile pentru reflexia internă totală vor fi încălcate, iar reflexia va înceta să fie completă și o suprafață. va apărea rezonanța plasmonică.
În sistemele metalice nanodimensionate, are loc modificarea excitațiilor electronice colective. Excitarea electronică colectivă a nanoparticulelor de metal a căror dimensiune este mai mică decât lungimea de undă radiatii electromagnetice V mediu- plasmonul de suprafață localizat, - oscilează la o frecvență de 3 ori mai mică decât frecvența plasmonului de volum, în timp ce frecvența plasmonului de suprafață este de aproximativ 2 ori mai mică decât frecvența plasmonului de volum. Datorită dimensiunii mici a sistemului, cerința ca viteza de propagare a excitației și a undei electromagnetice să coincidă mediu extern dispare, astfel încât plasmonii de suprafață localizați sunt cuplati direct la radiație. Dacă frecvența se potrivește câmp extern
Odată cu frecvența unui plasmon de suprafață localizat, are loc o rezonanță, ceea ce duce la o creștere bruscă a câmpului de pe suprafața particulei și la o creștere a secțiunii transversale de absorbție.
Proprietățile plasmonilor localizați depind în mod critic de forma nanoparticulelor, ceea ce face posibilă reglarea sistemului rezonanțelor lor pentru o interacțiune eficientă cu lumina sau sistemele cuantice elementare.
- În prezent, fenomenul rezonanței plasmonilor de suprafață este utilizat pe scară largă în crearea senzorilor chimici și biologici. Când sunt în contact cu obiecte biologice (ADN, viruși, anticorpi), nanostructurile plasmonice fac posibilă creșterea intensității semnalelor de fluorescență cu mai mult de un ordin de mărime, de exemplu. extinde semnificativ capacitățile de detectare, identificare și diagnosticare a obiectelor biologice.
- Legături Perlin E.Yu., Vartanyan T.A., Fedorov A.V. Fizică solid . Optica semiconductorilor, dielectricilor, metalelor: Tutorial
- Pompa P.P., Martiradonna L. et al. Fluorescența îmbunătățită cu metal a nanocristalelor coloidale cu control la scară nanometrică // Nature Nanotechnology - vol. 1, 2006 - p. 126 -130
- Nashchekin A.V. și alții Biosenzori bazați pe rezonanța plasmonilor de suprafață // Culegere de rezumate ale rapoartelor secționale, prezentări de poster și rapoarte ale participanților la concurs. lucrări științifice tineri oameni de știință - Al doilea forum internațional pentru nanotehnologie, 2008
Ştiinţă
Dicţionar enciclopedic nanotehnologiei. - Rusnano. 2010 .
Vedeți ce este „rezonanța plasmonică” în alte dicționare:
engleză rezonanță plasmonică) excitarea unui plasmon de suprafață la frecvența sa de rezonanță de către o undă electromagnetică externă (în cazul structurilor metalice de dimensiuni nanometrice se numește rezonanță plasmonică localizată). Descriere tehnică... Wikipedia
Termenul nanofarmacologie Termenul în engleză nanofarmacologie Sinonime Abrevieri Termeni înrudiți adeziune, livrare genă, anticorp, bacteriofag, proteine, membrana biologica, hipertermie, ADN, capside, punct cuantic, kinesină, celulă... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie
Unelte de dimensiuni moleculare bazate pe nanotuburi... Wikipedia
Nanoangrenaje de dimensiune moleculară Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar al științei și tehnologiei fundamentale și aplicate, care se ocupă de o combinație de justificare teoretică, metode practice de cercetare, analiză și sinteză, precum și ... ... Wikipedia
Nanoangrenaje de dimensiune moleculară Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar al științei și tehnologiei fundamentale și aplicate, care se ocupă de o combinație de justificare teoretică, metode practice de cercetare, analiză și sinteză, precum și ... ... Wikipedia
Nanoangrenaje de dimensiune moleculară Nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar al științei și tehnologiei fundamentale și aplicate, care se ocupă de o combinație de justificare teoretică, metode practice de cercetare, analiză și sinteză, precum și ... ... Wikipedia
În fizică, un plasmon este o cvasiparticulă corespunzătoare cuantizării oscilațiilor plasmatice, care sunt oscilații colective ale unui gaz de electroni liberi. Cuprins 1 Explicație 2 Utilizări posibile... Wikipedia
În fizică, un plasmon este o cvasiparticulă corespunzătoare cuantizării oscilațiilor plasmatice, care sunt oscilații colective ale unui gaz de electroni liberi. Explicația pieselor Plasmona mare rolîn proprietăţile optice ale metalelor. Lumină cu frecvență... Wikipedia
Aur- (Aur) Aurul este un metal prețios Aurul: cost, mostre, tarif, achiziție, varietăți de aur Conținut >>>>>>>>>>>>>>>> Aurul este, definiție... Enciclopedia investitorilor
