Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thu Hà HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PLASMON BỀ MẶT CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGẠC AN BANG Hà Nội – 2011 LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu khoa Vật lý trường ĐHKHTHĐHQGHN, nhận quan tâm sâu sắc giúp đỡ tận tình thầy cô anh chị môn Quang học môn Vật lý đại cương Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn với giúp đỡ Đặc biệt, xin chân thành cám ơn TS Ngạc An Bang, người thầy trực tiếp hướng dẫn thực luận văn Tôi xin chân thành cám ơn thầy môn Quang học trường ĐHKHTN truyền dạy cho học quý báu, giúp có nhìn nhận sâu sắc chuyên ngành Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô môn Vật lý đại cương trường ĐHKHTN tạo điều kiện máy móc thiết bị phòng thí nghiệm để hoàn thành luận văn Cuối xin cám ơn tất bạn bè người tạo điều kiện giúp đỡ trình thực luận văn Hà Nôi, ngày 24 tháng 12 năm 2011 Học viên Trần Thu Hà MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………… 1.1 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano kim loại………1 1.1.1 Vật liệu nano………………………………………………………………………… 1.1.2 Cấu trúc tinh thể vàng bạc………………………………………………………2 1.1.3 Plasmon bề mặt tượng cộng hưởng plasmon bề mặt………………… 1.1.4 Tính chất quang hạt nano Au Au-core/Ag-shell…………………….6 1.2 Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại…………………………………….9 1.2.1 Chế tạo hạt nano vàng……………………………………………………………….9 1.2.2 Chế tạo hạt nano Au-core/Ag-shell……………………………………………….10 1.3 Các phương pháp khảo sát………………………………………………………… 12 1.3.1 Khảo sát đặc trưng cấu trúc XRD……………………………………………… 12 1.3.2 Nghiên cứu phổ tán sắc lượng EDS……………………………………… 15 1.3.3 Khảo sát vi hình thái TEM…………………………………………………………15 1.3.4 Nghiên cứu phổ hấp thụ……………………………………………………………17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………19 2.1 Chế tạo hạt nano vàng………………………………………………………………19 2.1.1 Sử dụng chất khử …………………………………………….19 2.1.2 Sử dụng chất khử ………………………………………………………….23 2.2 Chế tạo hạt nano Au-core/Ag-shell……………………………………………….25 2.3 Khảo sát đặc trưng cấu trúc XRD……………………………………………… 27 2.4 Nghiên cứu phổ tán sắc lượng EDS……………………………………….28 2.5 Khảo sát vi hình thái TEM…………………………………………………………28 2.6 Nghiên cứu phổ hấp thụ…………………………………………………………….30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………33 3.1 Kết chế tạo mẫu phương pháp hóa khử…………………………….33 3.1.1 Mẫu hạt nano vàng………………………………………………………………….33 3.1.2 Mẫu hạt nano Au-core/Ag-shell………………………………………………… 35 3.2 Kết phân tích cấu trúc XRD………………………………………………….37 3.3 Phổ tán sắc lượng EDS………………………………………………………40 3.4 Kết vi hình thái TEM………………………………………………………….41 3.4.1 Mẫu hạt vàng……………………………………………………………………… 41 3.4.2 Mẫu Au-core/Ag-shell………………………………………………………………42 3.5 Kết đo phổ hấp thụ…………………………………………………………….45 3.5.1 Phổ hấp thụ hạt vàng…………………………………………………… 45 3.5.2 Phổ hấp thụ hạt Au-core/Ag-shell………………………………………51 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….56 MỞ ĐẦU Xu hướng khoa học ứng dụng tích hợp lại để nghiên cứu đối tượng nhỏ bé có kích thước tiến đến kích thước nguyên tử Hàng ngàn năm trước đây, kể từ nhà bác học cổ Hy Lạp xác lập nguyên tắc khoa học ngành khoa học tập trung thành môn triết học, người ta gọi họ nhà bác học họ biết hầu hết vấn đề khoa học Đối tượng khoa học lúc vật thể vĩ mô Cùng với thời gian, hiểu biết người tăng lên, đó, độ phức tạp gia tăng, khoa học phân theo ngành khác như: Toán học, Vật lý, Hóa học, Sinh học… để phân tích vật thể cấp độ lớn micromet Sự phân chia kết thúc khoa học lần lại tích hợp với nghiên cứu vật thể cấp độ nanomet Vật liệu nano lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao, sôi động thời gian gần Điều thể số công trình khoa học, số phát minh sáng chế, số công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng theo cấp số mũ Tính chất thú vị vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước chúng nhỏ bé so sánh với kích thước tới hạn số tính chất Vật liệu nano nằm tính chất lượng tử nguyên tử tính chất khối vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn tính chất nhỏ so với độ lớn vật liệu, vật liệu nano điều không nên tính chất khác lạ nguyên nhân Đối với kim loại có kích thước nano chiếu ánh sáng tới, tần số ánh sáng tới tần số dao động plasmon điện tử bề mặt kim loại, xảy tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Nhờ tượng này, kim loại kích thước nano ứng dụng lĩnh vực công nghệ sinh học, quang điện tử, quang học… Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, chất vật liệu môi trường xung quanh Trong luận văn này, chủ yếu khảo sát tượng cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào kích thước hạt thông qua phổ hấp thụ chúng Vàng, bạc kim loại quý, có nhiều tính chất đặc biệt Các hạt nano Au-core/Ag-shell, đỉnh cộng hưởng plasmon thay đổi khoảng rộng (trong vùng ánh sáng khả kiến- vùng bước sóng quan tâm) Chúng chế tạo hạt nano Au hình cầu sử dụng phương pháp hóa khử hạt nano Au-core/Ag-shell hình cầu sử dụng phương pháp tạo mầm Hình dạng kích thước hạt thay đổi nhờ thay đổi tỷ lệ tiền chất tham gia phản ứng Các hạt chế tạo có kích thước đồng Phương pháp chế tạo dựa phản ứng hóa khử nên đơn giản Do định thực đề tài: “Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano kim loại” Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm ba chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano kim loại 1.1.1 Vật liệu nano a Khái niệm vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu có chiều có kích thước nanomet (1 nm = 10-9 m) Đây đối tượng nghiên cứu khoa học nano công nghệ nano, liên kết hai lĩnh vực với Tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước chúng vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước tới hạn nhiều tính chất hóa lý vật liệu thông thường Đây lý mang lại tên gọi cho vật liệu Kích thước vật liệu nano trải khoảng từ vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc vào chất vật liệu tính chất cần nghiên cứu [1] b Phân loại vật liệu nano [1] Có nhiều cách để phân loại vật liệu nano, sau số cách phân loại thường dùng: * Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, không chiều tự cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano… - Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều (hai chiều giam giữ), ví dụ: dây nano, ống nano… - Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng… - Ngoài có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nannomet cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn * Phân loại theo tính chất vật liệu, ví dụ: vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano sinh học… * Nhiều người ta phối hợp hai cách phân loại với phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm Ví dụ: đối tượng nghiên cứu hạt nano Au phân loại “hạt nano kim loại” Trong “hạt” phân loại theo hình dáng Sau chế tạo hạt nano có ba chiều có kích thước nano, xếp vào loại vật liệu nano không chiều, “kim loại” phân loại theo tính chất vật liệu 1.1.2 Cấu trúc tinh thể vàng, bạc Các kim loại quý Au, Ag đề cập đến nghiên cứu chúng bền vững (chịu nhiệt cao, khó bị oxi hóa, bền không khí khô ẩm…) Bên cạnh đó, vị trí đỉnh cộng hưởng chúng vùng khả kiến - vùng ánh sáng quan tâm có nhiều ứng dụng thực tế a Kim loại Au [2] Au kim loại quý đứng vị trí thứ 79 bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc nhóm IB, có cấu hình điện tử Xe5d 106s Xe5d96s2 Nguyên tử Au có lượng hai mức 5d 6s xấp xỉ nên có cạnh tranh lớp d lớp s Điện tử Au dịch chuyển hai trạng thái Do điện tử kim loại Au linh động tạo nên tính dẻo dai đặc biệt Au phổ nguyên tố Au phức tạp Au có ánh kim, màu vàng, nhóm với Ag Cu mềm hơn, dẻo, nặng, khó nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy 1063,4 oC), nhiệt độ sôi 2880 oC, dễ dẫn nhiệt, dẫn điện (độ dẫn điện 40.10 Ω/m, độ dẫn nhiệt 350 W/m.K), bền không khí khô ẩm Au kết tinh có cấu trúc lập phương tâm mặt (hình 1.1), nguyên tử Au liên kết với 12 nguyên tử Au xung quanh có số mạng a = 4,0786 Å Hình 1.1 Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể Au b Kim loại Ag [3] Ag có số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, có khối lượng phân tử 107,868 (đơn vị C), cấu hình điện tử Kr4d 105s1 Nguyên tử Ag có lượng hai mức 4d 5s xấp xỉ nên có cạnh tranh lớp d lớp s Điện tử Ag dịch chuyển hai trạng thái phổ biến trạng thái oxi hóa +1 Trong tự nhiên, Ag tồn hai dạng đồng vị bền Ag-107(52%) Ag-109(48%) Ag kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao điện trở thấp kim loại Nhiệt độ nóng chảy 961,930C Ag không tan nước, môi trường kiềm có khả tan số axit mạnh axit nitric, sunfuric đặc nóng… Ag thường có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm mặt với thông số ô sở là: a = b =c = 4,08 Å, α = β = γ = 90o Các đỉnh đặc trưng phổ nhiễu xạ tia Ag vị trí 38,14o; 44,34o; 65,54o; 77,47o tương ứng với mặt phẳng mạng {111}, {200}, {220}, {311} 1.1.3 Plasmon bề mặt tượng cộng hưởng plasmon bề mặt a Khái niệm plasmon bề mặt Plasmon bề mặt sóng điện từ truyền dọc theo giao diện kim loại điện môi Đơn giản hơn, ta định nghĩa: plasmon bề mặt dao động điện tử tự bề mặt hạt nano với kích thích ánh sáng tới Cường độ điện trường plasmon bề mặt giảm theo hàm mũ xa dần giao diện kim loại - điện môi b Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt kích thích electron tự bên vùng dẫn, dẫn tới hình thành dao động đồng pha [2] Khi kích thước tinh thể nano kim loại nhỏ bước sóng xạ tới, tượng cộng hưởng plasmon bề mặt xuất * Thuyết Mie: Vào đầu kỉ XX, Gustav Mie bắt đầu nghiên cứu tính chất hạt chất keo dung dịch dạng lỏng để mô tả tính chất quang học tính chất điện chúng Trong khoảng thời gian này, ông phát triển lý thuyết có khả mô tả cách toán học tán xạ ánh sáng tới hạt dạng cầu Coi hạt nano có kích thước nhỏ so với bước sóng ánh sáng tới (2r < /10), theo tính toán Mie, có dao động lưỡng cực ảnh hưởng đáng kể tới nano Au khử SCD cho hình 3.15.a Sự phụ thuộc bước sóng vào tỷ lệ mol tiền chất hình 3.15.b Bảng 3.2 Các thông số liên quan đến phổ hấp thụ Au sử dụng chất khử SCD STT Tỷ lệ mol Au3+ SCD 0,243 0,291 0,340 0,388 0,437 0,485 0,534 0,582 Tên mẫu SCD_Au1 SCD_Au2 SCD_Au3 SCD_Au4 SCD_Au5 SCD_Au6 SCD_Au7 SCD_Au8 1.1 1.0 1.0 Abs (a.u) 0.9 0.8 Abs (a.u) 0.7 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 300 SCD_Au1 SCD_Au2 SCD_Au3 SCD_Au4 SCD_Au5 SCD_Au6 SCD_Au7 SCD_Au8 400 0.7 500 520 540 560 Wavelength (nm) 500 600 700 Wavelength (nm) Au khu bang SCD 800 900 (nm) 519 520,5 519 521 521 523 526,5 527,5 Hình 3.15.a Phổ hấp thụ chuẩn hóa số mẫu hạt Au khử SCD 528 Wavelength (nm) 526 524 522 520 518 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Molar ratio 0.50 0.55 0.60 Hình 3.15.b Sự phụ thuộc vào tỷ lệ mol Au3+ SCD Như cách thay đổi tỷ lệ mol Au 3+ SCD () làm thay đổi bước sóng cộng hưởng dải 519 nm đến 527,5 nm vùng bước sóng khả kiến Trong khoảng tỷ lệ mol từ 0,243 đến 0,582, tập hợp điểm tạo thành đường cong gần tuyến tính (tỷ lệ mol tăng tăng) 3.5.1.2 Khảo sát trình chế tạo hạt nano vàng theo nhiệt độ Những mẫu khảo sát trình chế tạo hạt nano Au theo nhiệt độ tỷ lệ mol 0,388; vị trí thông số có liên quan đến phổ hấp thụ cho bảng 3.3 Phổ hấp thụ UV-VIS mẫu hạt nano Au khảo sát thể hình 3.16.a, hình 3.16.b cho biết phụ thuộc bước sóng cộng hưởng theo nhiệt độ Bảng 3.3 Khảo sát phụ thuộc vị trí đỉnh cộng hưởng vào nhiệt độ Au STT 10 Tên mẫu Au1 Au2 Au3 Au4 Au5 Au6 Au7 Au8 Au9 Au10 Bước sóng cộng hưởng (nm) 535,5 535 534 531 526,5 526 525,5 524,5 524 523 Nhiệt độ (oC) 75 80 83 85 88 91 93 95 98 100 1.0 Abs (a.u) 1.0 Abs (a.u) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 300 0.8 0.6 Au10 Au9 Au8 Au7 Au6 Au5 Au4 Au3 Au2 Au1 400 500 550 600 650 Wavelength (nm) 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Pho hap thu cua Au khao sat theo nhiet Hình 3.16.a Phổ hấp thụ Au khảo sát theo nhiệt độ 536 534 Wavelength (nm) 532 530 528 526 524 522 75 80 85 90 95 100 Temperature (degree) Hình 3.16.b Sự phụ thuộc bước sóng theo nhiệt độ Hình 3.16.a 3.16.b cho thấy bước sóng cộng hưởng phụ thuộc nhiệt độ nhiều Khi nhiệt độ tăng từ 75 0C đến 1000C bước sóng cộng hưởng giảm từ 535,5 đến 523 nm Điều giải thích sau: khoảng 75 0C, hạt nano Au hình thành phản ứng xảy chưa hoàn toàn nên kích thước hạt lớn, chưa ổn định, thực tế hạt lúc đám hạt nhỏ liên kết với Theo thời gian, nhiệt độ tăng lên, đám bị phân rã, kích thước nhỏ dần ổn định phản ứng xảy hoàn toàn (phản ứng xảy hoàn toàn nhiệt độ mẫu đạt 1000C) Do đó, nhiệt độ tăng dần bước sóng cộng hưởng giảm dần 3.5.1.3 Khảo sát việc chế tạo hạt nano vàng phương pháp hóa khử với chất khử Một số mẫu hạt Au chế tạo phương pháp hóa khử với chất khử cho bảng 3.4 Hình 3.17.a, 3.17.b trình bày phổ hấp thụ chuẩn hóa số mẫu hạt Au khử NaBH phụ thuộc bước sóng cộng hưởng vào tỷ lệ mol Au3+ NaBH4 Bảng 3.4 Thông số liên quan đến phổ hấp thụ STT Tên Tỷ lệ mol Bước sóng cộng hưởng (nm) mẫu SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 0.875 0.583 0.438 0.350 0.292 0.250 0.219 0.194 517 515 514.5 515.5 516.5 517 518 519.5 1.1 1.0 0.8 Abs (a.u) 0.9 Absorbance (a.u) 0.8 0.7 0.6 0.6 0.4 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 300 500 550 Wavelength (nm) SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Hình 3.17.a Phổ hấp thụ chuẩn hóa số mẫu hạt Au khử 520 519 Wavelength (nm) 518 517 516 515 514 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Molar ratio Hình 3.17.b Sự phụ thuộc bước sóng cộng hưởng vào tỷ lệ mol Au3+ Theo hình 3.17.b, khoảng tỷ lệ mol Au 3+ từ 0,194 đến 0,875; bước sóng cộng hưởng đạt giá trị cực tiểu 514,5 nm Cụ thể: Khi tăng từ 0,194 đến 0,438; giảm từ 519,5 nm đến 514,5 nm, kết lượng lớn ion dư sau phản ứng gây tượng chắn tĩnh điện Khi tăng từ 0,438 đến 0,875; tăng từ 514,5 nm đến 517 nm, kết tăng kích thước hạt nano Au tạo tăng 3.5.2 Phổ hấp thụ hạt Au-core/Ag-shell Một số mẫu Au-core/Ag-shell chế tạo cho bảng 3.5 Để thấy khác biệt với trường hợp hạt nano Au, đo phổ hấp thụ lõi Au sử dụng Bảng 3.5 Thông số liên quan đến phổ hấp thụ STT Tên mẫu Au_1 Au_2 Au_3 Au_4 Au_5 Au_6 Au Tỷ lệ mol Ag/Au 1200 480 240 96 48 24 Bước sóng cộng hưởng (nm) 480,5 461 435 416 410 389,5 524,5 3.2 3.0 2.5 2.8 2.0 - (nm.") 2.6 2.4 1.5 2.2 1.0 Abs (a.u) 2.0 400 1.8 500 "Au ("Wavelength) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 600 700 Au Au_1 Au_2 Au_3 Au_4 Au_5 Au_6 0.4 0.2 0.0 -0.2 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Au core-Ag shell Hình 3.18 Phổ hấp thụ số mẫu Au-core/Ag-shell Hình 3.18 mô tả phổ hấp thụ hạt nano Au Ag bọc Au Hạt nano Au cho dải sóng hấp thụ quanh khoảng 520 nm Đối với mẫu Au-core/Ag-shell khảo sát, tỷ lệ mol Ag/Au lớn, từ 24 đến 1200 Khi tăng dần thể tích dung dịch mầm Au sử dụng (từ mẫu Au_1 đến mẫu Au_6), xuất dải hấp thụ khoảng 380 đến 480 nm Đây thuộc tính riêng tượng cộng hưởng plasmon hạt Ag Việc xuất dải hấp thụ tương ứng hạt nano Ag chứng tỏ hạt keo trộn đồng hai kim loại tạo thay tạo hạt riêng biệt Dải sóng plasmon dịch chuyển xanh mật độ hạt mầm tăng, nghĩa đường kính hạt giảm Từ phổ hấp thụ UV-VIS, cho rằng, việc khử muối Ag xảy bề mặt hạt Au cấu trúc lõi – vỏ hình thành, hạt Ag khó tạo riêng biệt axit ascorbic C 6H8O6 yếu Do đó, tính chất quang hạt nano đồng định lớp vỏ Ag dải sóng cộng hưởng plasmon dịch chuyển xanh lớp vỏ Ag mỏng hơn, có nghĩa mật độ hạt mầm tăng Kết phù hợp với kết ảnh TEM thu Từ mẫu Au_4, Au_5 đến mẫu Au_6, kích thước lõi Au thay đổi không đáng kể (trong khoảng từ 39,6 đến 43,9 nm), tỷ lệ thể tích Ag/Au giảm dần (từ 0,311 đến 0,165), điều có nghĩa từ mẫu Au_4, Au_5 đến mẫu Au_6, lớp vỏ Ag mỏng dần tương ứng với hình 3.18 dải phổ hấp thụ hạt nano Au-core/Ag-shell dịch chuyển xanh KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn tốt nghiệp trường ĐHKHTNĐHQGHN, thu số kết sau: Chế tạo hạt Au có kích thước nano phương pháp hóa khử hạt Au-core/Ag-shell kích thước nano phương pháp tạo mầm Các mẫu đồng khống chế hình dạng, kích thước tùy thuộc vào tiền chất đưa vào tỷ lệ chúng Phổ XRD cho thấy mẫu chế tạo có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (fcc) Hằng số mạng a xác định sử dụng đỉnh {111} {200} mẫu hạt nano Au 4,0745 Å 4,0828 Å Hằng số mạng a xác định sử dụng đỉnh {111} {200} mẫu hạt nano Au-core/Ag-shell 4,082 Å Hình dạng kích thước mẫu có dạng hạt khảo sát thông qua việc phân tích ảnh TEM Các mẫu hạt nano Au chế tạo phương pháp hóa khử sử dụng chất khử SCD đồng nhất, hạt có dạng hình cầu, kích thước hạt tương đối lớn, khoảng 21,03 nm Ngược lại, hạt nano Au chế tạo phương pháp hóa khử sử dụng chất khử , kích thước hạt nhỏ, khoảng 4,05 nm Do kích thước hạt nhỏ, giới hạn độ phân giải kính hiển vi điện tử truyền qua mờ nên việc xác định hình dạng hạt khó khăn Các mẫu hạt nano Au-core/Ag-shell chế tạo có dạng hình cầu, kích thước lõi Au mẫu đồng đều, tỷ lệ thể tích phần vỏ lõi thay đổi tùy thuộc vào điều kiện chế tạo Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt Au Au-core/Ag-shell kích thước nano khảo sát thông qua phổ hấp thụ chúng Phổ hấp thụ hạt dịch chuyển mức lượng mà cộng hưởng tần số sóng ánh sáng chiếu tới tần số dao động plasmon điện tử bề mặt hạt Vị trí số lượng đỉnh hấp thụ SPR phụ thuộc hình dạng, kích thước, số điện môi thân hạt kim loại phụ thuộc vào số điện môi môi trường xung quanh Bằng cách thay đổi điều kiện chế tạo mẫu khống chế kích thước hạt nano Vị trí đỉnh SPR Au có bước sóng nằm khoảng 520 nm Đối với hạt Au-core/Ag-shell, số lượng vị trí đỉnh SPR phu thuộc tỷ lệ mol Ag/Au có mẫu Khi tỷ lệ mol Ag/Au có mẫu nằm khoảng 24 đến 1200, xuất dải hấp thụ khoảng 380 đến 480 nm, tỷ lệ giảm dần dải hấp thụ dịch chuyển xanh Luận văn dừng lại việc chế tạo hạt Au Au-core/Ag-shell có kích thước nano tương ứng phương pháp hóa khử tạo mầm, nghiên cứu khảo sát tượng cộng hưởng plasmon bề mặt phụ thuộc vào hình dạng kích thước mẫu Chúng tiếp tục chế tạo hạt nano Au Au-core/Ag-shell phương pháp khác phương pháp điện hóa, phương pháp tạo màng Chúng tiếp tục khảo sát tượng cộng hưởng plasmon bề mặt phụ thuộc vào chất vật liệu môi trường xung quanh Với mẫu chế tạo, tiếp tục khảo sát tính chất quang khác như: phổ huỳnh quang, phổ tán xạ Raman… Ngoài ra, tiến hành bọc hạt Au với chất khác nhau, tính chất quang hạt bị thay đổi tùy thuộc vào lớp bọc bên bề dày lớp… TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt nano kim loại”, vietscienes.free.fr/thuctap_khoahoc/thanhtuukhoahoc/hatnanokimloai.htm Hoàng Thị Hiến (2010), Chế tạo hạt nano vàng, bạc nghiên cứu tượng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano, Khóa luận tốt nghiệp trường ĐHKHTN-ĐHQGHN Nguyễn Ngọc Hùng (2008), Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc khả sát khuẩn nó, Khóa luận tốt nghiệp trường ĐHCN-ĐHQGHN Dương Đình Thắng (2008), Chế tạo nghiên cứu số tính chất quang hạt kim loại có kích thước nanomet , Luận văn thạc sỹ trường ĐHKHTNĐHQGHN Phùng Thị Thơm (2009), Chế tạo nghiên cứu tượng cộng hưởng plasmon bề mặt vàng kích thước nano, Luận văn thạc sỹ trường ĐHKHTNĐHQGN Tiếng Anh Benito Rodríguez-González, Paul Mulvaney, and Luis M Liz-Mazán (2007), “An electrochemical model for gold colloid formation via citrte reduction”, Z Phys Chem, 221, pp 415-426 Sailat Mandal, PR Selvakannan, Renu Pasricha and Minali Satry (2003), “Keggin ions as UV-Switchable reducing agents in the synthesis of Au-core/Ag-shell nanoparticles”, J Am Chem Soc, 125(28), pp 8440–8441 PR Selvakannan, Anita Swami, D Srisathiyanarayanan, Pravin S Shirude, Renu Pasricha, Anandro B Mandale Minali Satry (2004), “Synthesis of Aqueous Au Core−Ag Shell Nanoparticles Using Tyrosine as a pH-Dependent Reducing Agent and Assembling Phase-Transferred Silver Nanoparticles at the Air−Water Interface”, Langmuir, 20(18), pp 7825–7836 Yong Yang, Jianlin Shi, Go Kawamura and Masayuki Nogami (2008), “Preparation of Au-Ag, Ag-Au core-shell bimetallic nanoparticles for surface-enhanced Raman scattering”, Scripta materialia, 58, pp 862-865 [...]... quang của các hạt nano Au và Au-core/Ag-shell Bản chất của phổ hấp thụ không phải do sự dịch chuyển giữa các mức năng lượng mà là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Khi tần số của sóng ánh sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt nano Au, Ag sẽ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Ánh sáng được chiếu tới hạt nano Au, Ag, dưới tác dụng của điện trường ánh sáng tới, các. .. lượng của điện tử * Thứ ba: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh kim loại đó ( hoặc tỷ số /) Môi trường chứa kim loại nano cũng ảnh hưởng đến hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của chúng Trong các môi trường khác nhau, vị trí đỉnh cộng hưởng cũng thay đổi Vị trí đỉnh cộng hưởng phụ thuộc vào bản chất của môi trường điện môi Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là... trưng nhất của các kim loại kích thước nano Hiện tượng này được thể hiện qua phổ hấp thụ của các kim loại kích thước nano Trong luận văn này, chúng tôi đã chế tạo và khảo sát hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano Au có kích thước thay đổi Hạt nano Au được chế tạo bằng phương pháp hóa khử Các hạt nano Au-core/Ag-shell được chế tạo bằng phương pháp tạo mầm, chúng tôi tạo ra các mẫu có... hạt keo, vị trí đỉnh cộng hưởng có thể dịch chuyển được vài chục nanomet Hình dạng và kích thước của kim loại ảnh hưởng đến hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt, các mẫu càng bất đối xứng, càng có nhiều mode dao động, số đỉnh cộng hưởng plasmon cũng tăng lên * Thứ hai: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào bản chất của chính vật liệu đó (phụ thuộc vào hằng số điện môi của vật liệu) Các kim loại. .. nhiên, đối với hạt nano Au, phổ hấp thụ gồm một đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt nằm trong khoảng 520 nm (hình 1.3) Phổ hấp thụ của hạt nano Au và Ag khác nhau là do hằng số điện môi của chúng khác nhau Hằng số điện môi của Au lớn hơn của Ag nên bước sóng cộng hưởng plasmon của hạt nano Au cũng dài hơn, theo công thức: (1.2) trong đó: : bước sóng của dao động plasmon, : hằng số điện môi của kim loại, N: mật... với các vật liệu nano kim loại như hạt nano Au thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên Nguyên tắc là khử các ion kim loại như Au+ để tạo thành các nguyên tử Au Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra các hạt nano [1] Ở đây tôi sử dụng phương pháp khử hóa học để chế tạo các hạt nano Au Đó là phương pháp dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Thông thường các. .. điển hình của hạt nano vàng của thanh vàng Mie đã đưa ra các tính toán chỉ ra rằng phổ hấp thụ của hạt nano Au, Ag mà có dạng hình cầu thì chỉ có một đỉnh cộng hưởng SPR, (với Au khoảng 520 nm, với Ag khoảng 400 nm) ứng với một mode dao động lưỡng cực của điện tử trên bề mặt Au, Ag Vị trí đỉnh cộng hưởng phụ thuộc kích thước của hạt Au, Ag Các hạt keo có kích thước càng lớn thì vị trí đỉnh cộng hưởng càng... sát sự phụ thuộc hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt vào kích thước mẫu 1.2 Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại 1.2.1 Chế tạo hạt nano vàng Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu... Các kim loại nano khác nhau, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt cũng xảy ra khác nhau Với hạt kim loại Ag kích thước khoảng 14 nm chỉ bao gồm một đỉnh hấp thụ ứng với một mode dao động Vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon của hạt Ag nằm trong khoảng 400 nm (hình 1.5) 3.0 Absorbance (a.u) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 300 400 500 600 700 800 900 Wavelength (nm) Hình 1.5 Phổ hấp thụ điển hình của hạt nano bạc Tuy... tử trên bề mặt hạt nano Au, Ag được kích thích đồng thời dẫn tới một dao động đồng pha (dao động tập thể), gây ra một lưỡng cực điện ở hạt nano Au, Ag (hình 1.2) Electric cluster + + + + light + _ electric field _ _ _ _ _ _ _ + Surface charges Time t _ _ + + + + Ionic cluster Time t + T/2 Hình 1.2 Sự kích thích dao động plasmon bề mặt lưỡng cực của các hạt nano Theo tính toán của Mie cho các hạt dạng