Mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu chế tạo các hạt nano-meso bạc có cấu trúc dị hướng, trên cơ sở đó tiến tới chế tạo các cấu trúc dị hướng trên nền hạt silica và đế giấy nhằm ứng dụng trong tăng cường tán xạ Raman bề mặt.
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Thu Hương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CẤU TRÚC NANO BẠC BẤT ĐẲNG HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG TĂNG CƯỜNG TÁN XẠ RAMAN BỀ MẶT LUẬN VĂN THẠC SĨ: VẬT LÝ CHẤT RẮN Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Thu Hương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CẤU TRÚC NANO BẠC BẤT ĐẲNG HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG TĂNG CƯỜNG TÁN XẠ RAMAN BỀ MẶT Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Hồng Nhung TS Nguyễn Thị Thùy Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu, tất kết nghiên cứu trung thực Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Học viên Phan Thị Thu Hương LỜI CẢM ƠN Trước hết tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Hồng Nhung TS Nguyễn Thị Thùy, người thầy tận tụy hết lịng hướng dẫn tơi, tạo điều kiện giúp đỡ tronng thời gian học tập nghiên cứu Viện Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Hồng Nhung giúp đỡ vật chất tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có hội học tập trao đổi kinh nghiệm nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Thùy đồng hướng dẫn cách sát dẫn đường nước bước để tơi hồn thành kết mục tiêu đề Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cô anh chị em thuộc nhóm NanoBioPhotonics – Trung tâm Điện tử Lượng tử - Viện Vật Lý giúp đỡ suốt q trình thực luận văn Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn tất người thân bạn bè ln giúp đỡ, động viên khích lệ suốt q trình để tơi hồn thành xong luận văn cách tốt Sau cùng, xin chúc thầy cô hướng dẫn bạn bè có sức khỏe dồi dào, tri thức để tiếp tục học tập, làm việc cống hiến Tác giả luận văn Phan Thị Thu Hương I DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt hạt nano kim loại Hình 1.1 Một vài dạng đĩa nano Ag Hình 1.2 Phổ hấp thụ đĩa nano Ag dạng tam giác Hình 1.3 Phổ hấp thụ cộng hưởng Plasmon hạt nano vàng kích thước 9, 22, 48 99 nm Hình 1.4 Sự phụ thuộc phổ hấp thụ plasmon bề mặt vào kích thước nano vàng với tỷ lệ tương quan: R = 2,7; R = 3,3 Hình 1.5 Minh họa khái niệm phương pháp từ lên từ xuống Hình 1.6 Cơ chế tạo hạt tăng trưởng hạt nano Ag thu phương pháp khử citrate theo Ref Hình 1.7 Minh họa chế tăng trưởng cho AgNP tổng hợp cách sử dụng NaBH4 đề xuất Polte et al Hình 1.8 (A) Quá trình khử ion Ag + Ethylene glycol (EG) dẫn đến hình thành hạt nhân dễ bay Khi hạt nhân phát triển, ngừng thăng giáng, cấu trúc chúng ổn định chứa đa tinh thể sai hỏng biên, đơn tính thể sai hỏng biên đơn tinh thể khơng có sai hỏng Các hạt sau phát triển thành dạng nano khác nhau: dạng cầu (B), khối lập phương (C), truncated cubes (D), (E) right bipryamids, (F) bars, (G) spheroids, (H) triangular plates, (I) and wires Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ni mầm Hình 1.11 Các thay đổi nồng độ nguyên tử phần tử phát triển dung dịch hàm theo thời gian I) giai đoạn sinh nguyên tử II) giai đoạn tạo hạt nhân III) giai đoạn hình thành phát triển hạt mầm [115],[116] Hình 1.12 Sơ đồ minh họa ảnh hưởng nồng độ Ag + lên hình thái hạt meso bạc Ag (a) Ảnh hưởng nồng độ Ag + lên biến đổi đường cong Lamer cho hình thành mesoparticle Ag (b-d) trình hình thành hạt meso Ag khác với nồng độ Ag + khác Hình 1.13 Băng gạc nano bạc Hình 1.14 Bình xịt khử mùi nano bạc Hình 1.12 Khẩu trang nano bạc Hình 2.1 Mơ tả định luật Lambert-Beer Hình 2.2 Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ đo SEM Hình 2.4 Hiện tượng tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ đo micro Raman Hình 3.1 Ảnh SEM hạt cấu trúc meso Ag chế tạo với nồng độ AgNO3 khác (a) 20 mM; (b) mM; (c) 1mM; (d) 0.5mM Hình 3.2 Phổ hấp thụ hạt cấu trúc meso Ag nồng độ ion Ag khác Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ X-ray hạt meso Ag nồng độ AgNO3 (20 mM) Hình 3.4 Ảnh tín hiệu SERS Ag mẫu nồng độ AgNO3 0.5 mM Tín hiệu đo SERS mẫu với nồng độ AgNO3 khác để phát Rb 6G nồng độ 10-5 Hình 3.5 Ảnh tín hiệu SERS Ag với Ag+ nồng độ khác phát Rh-6G nồng độ 10-5 Hình 3.6 Ảnh đo tín hiệu SERS đo giới hạn Rh-6G Hình 3.7 Ảnh SEM hạt cấu trúc meso Ag sử dụng chitosan với nồng độ AgNO3 khác (a) 20 mM; (b) mM; (c) 1mM; (d) 0.5mM Hình 3.8 Phổ hấp thụ hạt cấu trúc meso Ag nồng độ ion Ag khác có sử dụng chitosan làm chất định hướng Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Phổ hấp thụ chuẩn hóa hạt Ag, SiO2-300 mầm SiO2Ag a) Ảnh SEM hạt silica 300nm trước phủ Ag b) sau phủ lớp vỏ Ag Ảnh SEM hạt SiO2-Ag cấu trúc lõi vỏ: khơng sử dụng chitosan có sử dụng chitosan Phổ hấp thụ SiO2-Ag: không sử dụng chitosan (đường đen) có sử dụng chitosan (đường đỏ) Ảnh SEM hạt meso Ag phủ lên bề mặt đế giấy lọc phương pháp khử nuôi mầm trực tiếp đế giấy sử dụng chitosan làm chất định hướng Phổ UV-Vis mẫu đế giấy-Ag mầm đế giấy-Ag Ảnh SEM hạt nano Ag phủ bề mặt đế giấy lọc phướng pháp khử ni mầm có sử dụng chitosan làm chất định hướng Phổ hấp thụ mẫu đế giấy – Ag mầm đế giấy - Ag II DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu Bảng 2.1 Khảo sát nồng độ muối AgNO3 tới hình dạng hạt meso Ag Bảng 2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối bạc có mặt chất định hướng chitosan tới cấu trúc hạt MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nano kim loại 1.1.1 Giới thiệu chung nano kim loại 1.1.2 Tính chất quang học đặc trưng nano kim loại 1.2 Phương pháp chế tạo cấu trúc nano kim loại 14 1.2.1 Nguyên tắc chung tổng hợp hạt nano kim loại 14 1.2.2 Phương pháp khử hóa học [9] 14 1.2.3 Phương pháp nuôi mầm hạt silica đế giấy 19 1.2.4 Chế tạo hạt nano kim loại cấu trúc dị hướng 21 1.3 Một số ứng dụng điển hình nano Ag 24 1.3.1 Ứng dụng kháng khuẩn nano Ag 24 1.3.2 Ứng dụng nano Ag tăng cường tán xạ Raman [1] 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Hóa chất dụng cụ 27 2.2 Chế tạo hạt nano keo bạc 27 2.3 Chế tạo hạt cấu trúc lõi vỏ SiO2-Ag 29 2.3.1 Đưa hạt nano kim loại lên bề mặt hạt silica 29 2.3.2 Chế tạo hạt cấu trúc lõi vỏ SiO2-Ag 29 2.4 Phương pháp chế tạo hạt Ag đế giấy 30 2.4.1 Phương pháp khử trực tiếp 30 2.4.2 Phương pháp khử nuôi mầm 30 2.5 Các kĩ thuật thực nghiệm 30 2.5.1 Phép đo phổ hấp thụ 30 2.5.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 32 2.5.3 Nhiễu xạ tia X 33 2.5.4 Phổ tán xạ Raman 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết chế tạo hạt bạc dị hướng 36 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ ion Ag tới hình dạng cấu trúc meso Ag 36 3.1.2 Phổ SERS với đế tăng cường sử dụng hạt cấu trúc meso Ag 38 3.1.3 Ảnh hưởng nồng độ ion Ag đưa chất định hướng chitosan tới hình dạng hạt meso bạc 41 3.2 Kết chế tạo hạt SiO2-Ag 43 3.2.2 Kết chế tạo hạt SiO2-Ag cấu trúc lõi vỏ 44 3.3 Kết chế tạo mầm Ag đế giấy 46 3.3.1 Đế SERS dùng phương pháp khử trực tiếp 46 3.3.2 Đế SERS dùng phương pháp khử gián tiếp 48 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 ... loại chất khử sử dụng? ?? Vì vậy, mục tiêu luận văn nghiên cứu chế tạo hạt nano- meso bạc có cấu trúc dị hướng, sở tiến tới chế tạo cấu trúc dị hướng hạt silica đế giấy nhằm ứng dụng tăng cường tán xạ. .. TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Phan Thị Thu Hương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC CẤU TRÚC NANO BẠC BẤT ĐẲNG HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG TĂNG CƯỜNG TÁN XẠ RAMAN BỀ MẶT... Điều đạt cách phủ lớp kim loại khơng kín lên bề mặt hạt lõi tạo cấu trúc dị hướng hạt cấu trúc lõi-vỏ Các cấu trúc cho độ nhạy phát cao so với bề mặt kim loại nhẵn Các đế SERS tạo cách chế tạo màng