Nghiên cứu tính chất phát xạ của chất phát quang trên màng nano bạc để xác định các plasmonic hoạt động

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM MEEPHONEVANH VAXAYNENG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHÁT XẠ CỦA CHẤT PHÁT QUANG TRÊN MÀNG NANO BẠC ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC PLASMONIC HOẠT ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM MEEPHONEVANH VAXAYNENG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHÁT XẠ CỦA CHẤT PHÁT QUANG TRÊN MÀNG NANO BẠC ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC PLASMONIC HOẠT ĐỘNG Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS CHU VIỆT HÀ THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu tính chất phát xạ chất phát quang màng nano bạc để xác định plasmonic hoạt động” cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PSG TS Chu Việt Hà Các số liệu tài liệu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả Meephonevanh VAXAYNENG i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Chu Việt Hà, người tận tình động viên, giảng dạy, bảo, hướng dẫn định hướng cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất cho tơi suốt q trình thí nghiệm Tơi xin gửi lời cảm ơn tới học viên cao học Lục Thị Tuyến người bạn nhóm nghiên cứu ln nhiệt tình hỗ trợ, hướng dẫn, hợp tác cho lời khuyên quý báu để vững bước suốt q trình học tập hồn thành luận văn Xin cảm ơn bạn học viên cao học Vật lý khóa 26B (2018 - 2020) hỗ trợ tơi suốt q trình học tập thực luận văn Cuối cùng, cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả Meephonevanh VAXAYNENG ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu 3 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cấu trúc luận văn .4 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PLASMON VÀ VẬT LIỆU PLASMONIC 1.1 Hiệu ứng plasmon cấu trúc nano kim loại 1.1.1 Sự tạo thành plasmon bề mặt .6 1.1.2 Tần số plasmon độ dài lan truyền sóng plasmon .7 1.1.3 Sự kích thích plasmon bề mặt .11 1.2 Nguyên tắc tạo .13 thành điều khiển plasmonic hoạt động 1.2.1 Sự điều khiển ánh sáng tới .13 1.2.2 Sự thay đổi hàm điện môi môi trường xung quanh 15 1.2.3 Thay đổi mật độ điện tích hàm điện môi vật liệu plasmonic 18 1.2.4 Điều khiển khoảng cách hạt 20 1.2.5 Điều khiển tính đối xứng cấu trúc nano plasmonic 22 1.2.6 Đánh giá hiệu suất điều khiển Plasmonic hoạt động 22 1.3 Một số cấu trúc 24 plasmonic hoạt động 1.3.1 Cảm biến plasmonic 24 1.3.2 Tán xạ Raman tăng cường bề mặt điều chỉnh .27 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 Chương 2: THỰC NGHIỆM 32 2.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu .32 2.1.1 Kỹ thuật deposit chế tạo màng nano bạc phương pháp bốc bay chùm điện tử 32 2.1.2 Chế tạo đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc phương pháp hóa khử 33 2.1.3 Nghiên cứu tăng cường tán xạ Raman đế SERS cấu trúc nano bạc giấy lọc 36 2.2 Các phép đo thực nghiệm .36 2.2.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) nghiên cứu vi hình thái 36 2.2.2 Phép đo phổ hấp thụ 38 2.2.3 Kính hiển vi huỳnh quang 40 2.2.4 Quang phổ tán xạ Raman 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Nghiên cứu tính chất plasmonic màng nano bạc 45 3.1.1 Kết chế tạo màng nano bạc đế thủy tinh .45 3.1.2 Tính chất plasmonic màng nano bạc 46 3.2 Tính chất plasmonic đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc 51 3.2.1 Kết chế tạo đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc 51 3.2.2 Nghiên cứu plasmonic hoạt động việc khảo sát tăng cường tán xạ Raman Melamine đế SERS chế tạo .54 3.2.3 Các giới hạn phát Melamine 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG .58 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU TH AM KHẢO 61 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN LSPR : Localized Surface plasmon resonance (Cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ) PDMS : Polydimethylsiloxane SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) SERS : Surface enhanced Raman spectroscopy (Quang phổ Raman tăng cường bề mặt) SP : Surface plasmon (Plasmon bề mặt) SPP : Surface Plasmon polariton (Sự kết hợp plasmon bề mặt với photon ánh sáng tới) SPR : Surface plasmon resonance (Cộng hưởng plasmon bề mặt) TE : Transverse electric (Phân cực điện ngang) TM : Transverse magnetic (Phân cực từ ngang) UV : Ultra violet (Tử ngoại) DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Các mức lượng điện tử kim loại Hình 1.2 Sự tạo thành plasmon bề mặt hạt nano kim loại Hình 1.3 a) Minh họa sóng plasmon bề mặt mặt phân cách kim loại vật liệu điện mơi có điện tích kết hợp b) Độ xuyên sâu trường plasmon vào kim loại điện mơi .8 Hình 1.4 Các hình chiếu vectơ sóng sóng mặt phân cách hai môi trường Hình 1.5 Đường cong tán sắc plasmon bề mặt Ở giá trị k thấp, đường cong tán sắc plasmon trùng với đường tán sắc photon .9 Hình 1.6 Sự kích thích Plasmon bề mặt: a Cấu hình Kretschmann, b Cấu hình Otto 11 Hình 1.7 Kết hợp pha ánh sáng với SPP cách sử dụng cách tử để tạo plamonic hoạt động 15 Hình 1.8 Minh họa điện tích phân cực xung quanh nano kim loại gây hai môi trường xung quanh với số điện mơi khác Sự gia tăng lượng điện tích phân cực cảm ứng số điện môi lớn môi trường 18 Hình 1.9 a) Cảm biến với cấu trúc plasmonic hoạt động bước sóng cực đại LSPR vẽ theo thời gian peaceodulin trải qua 2+ thay đổi hình dạng, gây việc bổ sung ion Ca tự 2+ tác nhân tạo chelat, EGTA, cho ion Ca (a, b); (c) Phổ dập tắt lớp hạt nano Au dày đặc không làm biến dang (trái) biến dạng12,8% (phải) ghi phân cực kích thích khác 25 Hình 1.10 Điều chế thiết bị hoạt động tán xạ Raman tăng cường bề mặt: a) Sơ đồ hiển thị thiết bị hoạt động tán xạ Raman tăng cường bề mặt bao gồm màng nanoplasmonic biến dạng điều khiển khí nén; b) Sự thay đổi mức tăng tán xạ Raman tăng cường bề mặt điều chỉnh cộng hưởng plasmon .29 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc lắng đọng vật liệu phương pháp bốc bay chùm điện tử 32 Hình 2.2 Cấu tạo màng nano kim loại bạc chế tạo phương pháp bốc bay chùm điện tử .33 Hình 2.3 Minh họa bước chế tạo đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc .35 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình chế tạo đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc 35 Hình 2.5 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét: (1) Súng điện tử, (2) Thấu kính điện từ, (3) Mẫu đo, (4) Bộ phát quét, (5) Đầu thu, (6) Bộ khuếch đại, (7) Đèn hình 37 Hình 2.6 Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis 39 Hình 2.7 a) Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi huỳnh quang cấu hình và, b) cấu hình epi .40 Hình 2.8 Giản đồ mức lượng dao động .43 Hình 3.1 Ảnh chụp màng nano bạc làm đế thủy tinh với độ dày khác 45 Hình 3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) bề mặt màng nano bạc 45 Hình 3.3 Đặc trưng phổ huỳnh quang hạt nano OB 47 Hình 3.4 Phổ bất đẳng hướng huỳnh quang hạt nano OB bước sóng kích thích 532 nm nhiệt độ phòng 47 Hình 3.5 Minh họa thí nghiệm quan sát huỳnh quang hạt nano OB màng nano bạc 47 Hình 3.6 Mơ tả sóng plasmon kích thích lưỡng cực dao động chất phát quang, trường hợp hạt nano OB 48 Hình 3.7 Ảnh huỳnh quang hạt nano OB màng bạc độ dày khác 49 Hình 3.8 Cường độ phát xạ ví trí hạt theo độ dày màng nano bạc khác 49 Hình 3.9 Sự phụ thuộc cường độ phát xạ hạt nano OB màng bạc theo độ dày màng .50 vii Hình 3.10 Độ dài truyền plasmon màng nano bạc độ dày khác với bước sóng tới 560 nm 50 Hình 3.11 Độ dài lan truyền sóng plasmon bề mặt biên phân cách điện mơi khơng khí màng bạc với độ dày 30 nm (hình trái) 100 nm (hình phải) theo bước sóng khác 51 Hình 3.12 Ảnh chụp đế SERS giấy bạc sau chế tạo với tốc độ lắc 2000 vòng/phút thời gian lắc phút 51 Hình 3.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X đế SERS giấy bạc sau chế tạo với tốc độ lắc 2000 vòng/phút thời gian lắc phút 53 Hình 3.15 Phổ hấp thụ plasmon đế SERS (giấy lọc - Ag) 54 Hình 3.16 Phổ Raman đo cho melamine (10 M) với nồng độ -4 AgNO3 khác .55 Hình 3.17 Sự phụ thuộc cường độ tín hiệu SERS vào nồng độ AgNO3 56 Hình 3.18 (a) Phổ tán xạ Raman Melamine đế (SERS) với nồng độ melamine khác (b) phổ Raman bột melamine đo đế thủy tinh 57 viii tinh thể, tương tác Van der Waals tăng cường Lực liên kết phát huy hết tác dụng nhanh chóng điều khiển tinh thể nano bạc quay kết hợp với [12] Do đó, ban đầu ion bạc bị hấp phụ sợi giấy đồng sau bị khử thành hạt bạc nhỏ, khơng cịn lực liên kết tĩnh điện hạt bạc sợi giấy Lúc lực hút Van der Waals mảnh bạc nhỏ mạnh nên để có lượng bề mặt thấp nhất, chúng liên kết với tạo thành vân rời rạc sợi giấy lọc, hình thành cấu trúc tựa cấu trúc san hô quan sát thấy ảnh SEM VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Ag tren giay - 2000 500 d = 400 Vạch bạc L in ( C p s ) 300 10 20 30 d = 1 d = d = 4 d = d = 3 d = 1 100 d = 200 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Ngoc-enVat ly-Agtrengiay-2000.raw - Type: 2Th/Thlocked- Start: 10.000° - End: 70.000° -Step: 0.030° - Steptime: 1.0s -Temp.: 25.0°C (Room)-Anode: Cu-Creation: 04/23/18 10:54:34 Vi 04-0783(I)-Silver-3C, syn-Ag -Y: 7.99% -dxby: 1.000- WL: 1.54056 03-0289(Q)-Nativecellulose- (C6H12O6)x -Y: 7.50% -dxby: 1.000- WL: 1.54056 47-1743(C)-Calcite- CaCO3- Y: 8.05% -dx by: 1.000- WL: 1.54056 Hình 3.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X đế SERS giấy bạc sau chế tạo với tốc độ lắc 2000 vòng/phút thời gian lắc phút Kết xác định cấu trúc đế SERS sau chế tạo quan sát thấy rõ vạch nhiễu xạ Ag đo nhiễu xạ tia X Hình 3.14 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu giấy lọc đế SERS (cấu trúc giấy lọc - bạc) chế tạo với tốc độ lắc 2000 vòng/phút thời gian lắc phút Giản đồ tia X đế SERS cho thấy cấu trúc bạc chế tạo thành công giấy lọc Quang phổ hấp thụ UV-Vis đế SERS giấy trình bày hình 3.15 Đỉnh hấp thụ ~ 400 nm quy cho hấp thụ plasmon hạt bạc (giấy lọc khơng khơng có đỉnh hấp thụ này, cụ thể giấy lọc không không hấp thụ bước sóng vùng nhìn thấy) Do hạt bạc đế SERS cấu trúc nano bạc dị hướng nên dao động sóng plasmon xuất mode đa cực bậc cao nên phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon quan sát thấy rộng dải hấp thụ mạnh bước §é hÊp thơ (®.v.t.y.) sóng dài 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 150 300 450 600 750 900 1050 B•íc sãng (nm) Hình 3.15 Phổ hấp thụ plasmon đế SERS (giấy lọc - Ag) 3.2.2 Nghiên cứu plasmonic hoạt động việc khảo sát tăng cường tán xạ Raman Melamine đế SERS chế tạo Melamine hợp chất hữu dạng bazơ tan nước có cơng thức hóa học C3H6N6, danh pháp theo IUPAC 1,3,5-triazine-2,4,6-triamine Melamin phản ứng với formaldehit tạo thành keo melamin Melamin sử dụng ngành cơng nghiệp phân bón Khi trộn lẫn với số nhựa, chúng tạo thành hỗn hợp có khả chống cháy cháy chúng giải phóng lượng khí nitơ Việc ăn melamine dẫn đến tác hại sinh sản, sỏi bàng quang suy thận sỏi thận, gây ung thư bàng quang Do việc phát Melamine thực phẩm quan trọng Sử dụng kỹ thuật tăng cường tán xạ Raman giúp phát nồng độ Melamine nhỏ mẫu 0.05M 0.1M 0.14M 0.2M 0.25M 0.3M 0.35M 45000 40000 35000 Cãờng độ tín hiệu (đ.v.t.y.) 30000 25000 20000 15000 10000 5000 400 500 600 700 800 900 1000 -1 Độ dịch Raman (cm ) -4 Hỡnh 3.16 Phổ Raman đo cho melamine (10 M) với nồng độ AgNO3 khác Trong điều kiện thực nghiệm đề tài, đế SERS chế tạo dùng để đo tín hiệu tán xạ Raman từ Melamie với nồng độ thấp Ở đây, Melamine pha với nồng độ 0,4M Các đế SERS giấy chế tạo với nồng độ dung dịch ion bạc khác Các giấy P1 sử dụng để chế tạo đế SERS với nồng độ Bạc Nitrat (AgNO3) từ 0,05 M đến 0,35 M Sau đó, 10µl dung dịch melamine M 4 lắng đế Hình 3.18 trình bày phổ tán xạ Raman Melamine theo nồng độ khác (trái) đế SERS Hình 3.16 trình bày phổ tán xạ Raman mẫu đế SERS - Melamine, chế tạo với nồng độ AgNO3 khác So sánh với cường độ tán xạ Raman Melamine bột khơng có đế SERS, cường độ tín -1 hiệu nhỏ nhiều so với tín hiệu Raman từ đế Cực đại phổ Raman 672 cm quy cho dao động kéo giãn vòng C-C pha (chuyển động đối xứng), liên quan đến biến dạng mặt phẳng vòng triazin với dao động nguyên tử amin nitơ Phổ SERS melamine hình 3.18 cho thấy dao động -1 -1 số sóng 672 cm bị dịch phía số sóng 700 cm Sự thay đổi vị trí đỉnh tồn tương tác mạnh vòng triazin cấu trúc bạc giấy sợi [19] Sự phụ thuộc cường độ tín hiệu SERS melamine vào nồng độ AgNO3 trình bày hình 3.17 Sự thay đổi cường độ tín hiệu SERS số -1 sóng 700cm với nồng độ AgNO3 khác nhau, hay nói cách khác tín hiệu tăng cường Raman phụ thuộc vào cấu trúc bạc hình thành đế Sự khác biệt cường độ tín hiệu SERS theo nồng độ AgNO3 giải thích phân bố hình dạng cấu trúc nano bc hỡnh thnh trờn giy lc Cãờng độ tín hiệu (®.v.t.y.) 30000 SERS Cuong tin hieu voi nong cua AgNO3 25000 20000 15000 10000 5000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.35 0.25 0.30 Nång ®é (M) Hình 3.17 Sự phụ thuộc cường độ tín hiệu SERS vào nồng độ AgNO3 Ở nồng độ ion bạc thấp (0,05M 0,1M), hạt nano bạc hình thành giấy có tập hợp nhỏ thưa thớt Vì lý này, cường độ tín hiệu yếu nồng độ thấp AgNO3 Khi tăng nồng độ bạc, mật độ cấu trúc bạc giấy tăng lên; cường độ SERS tăng lên đáng kể Sau tăng nồng độ AgNO3 0,25M trở lên, tín hiệu SERS melamine bị tắt số lượng khoảng trống tạo hạt nano bạc giảm xuống 3.2.3 Các giới hạn phát Melamine Tính chất plasmonic cấu trúc meso bạc làm tăng cường tán xạ Raman chất cần phát xác định ngưỡng giới hạn để phát chất mẫu Các đế SERS chế tạo đề tài thử nghiệm phát Melamine qua tín hiệu Raman dung dịch nồng độ thấp để tìm giới hạn phát Phổ Raman đo cho dung dịch melamine nồng độ khác -4 -7 từ 10 M đến 10 M 20000 4500 Melamine 0M (a) -4 4000 -5 3500 Melamine 10 M Melamine 10 M -6 15000 C•êng ®é tÝn hiÖu (®.v.t.y.) Melamine 10 M Bét Melamine (b) 3000 -7 Cãờng độ tín hiệu (đ.v.t.y.) Melamine 10 M Melamine 10-8M 2500 2000 10000 1500 1000 5000 500 1000 600 700 800 500 400 900 500 600 700 800 -1 900 1000 Độ dịch Raman (cm ) -1 Độ dÞch Raman (cm ) Hình 3.18 (a) Phổ tán xạ Raman Melamine đế (SERS) với nồng độ melamine khác (b) phổ Raman bột melamine đo đế thủy tinh Hình 3.18 trình bày phổ tán xạ Raman Melamine đế (SERS) với nồng độ melamine khác so sánh với phổ Raman bột melamine đo đế thủy tinh Trên hình 3.18a, vạch dao động biến dạng mặt phẳng vịng -1 triazine 700cm melamine quan sát thấy phổ SERS với nồng độ -7 -7 10 M Như vậy, melamine nồng độ 10 M phát kỹ thuật Nồng độ nhỏ theo khuyến cáo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm Việt Nam Chúng chưa thử với nồng độ thấp Hệ số tăng cường tán xạ Raman SERS trung bình (Enhancement Factor, EF) xác định từ phương trình: EF   IS E RS   N Raman    I R a m a n   N S E R S   (3.5) Trong đó: EF hệ số tăng cường, ISERS IRaman cường độ SERS cường độ tán xạ Raman không sử dụng đế SERS, NSERS NRaman số phân tử chất phân tích đế SERS đế không tăng cường Số phân tử chất phân tích đế khơng tăng cường đế SERS tính theo cơng thức: N  N V C SERS A er V Laser SERS N V Raman A N SERS  Melamine M V Las (3.6) SERS NRaman d  N ; d MelaminV e SERS  M V CS E R S Trong đó: NA số Avogadro, V tổng thể tích dung dịch chất phân tích nhỏ lên đế (10μL), Vlaser thể tích vết laser, VSERS tổng thể tích đế SERS nhỏ Melamine (3mm x 3mm x 0.39 mm), � phần diện tích cấu trúc bạc chiếm tồn đế giấy, dựa vào ảnh SEM thấy diện tích cấu trúc bạc chiếm khoảng 20% tổng khối lượng điểm laser ( = 0,2) Bột melamine đặt chất không coi lớp phủ đồng tổng thể tích điểm laser Bằng cách áp dụng phương trình giá trị bảng đây, ta tìm hệ số tăng cường ,  Kết cung cấp kỹ thuật tiềm để phát Melamine nồng độ thấp Bảng giá trị đại lượng tính hệ số tăng cường đế SER- cấu trúc nano bạc giấy lọc ISERS (au) IRaman (au) -7 Melamine 10 M Melamine bột 241 3459 VSERS dMelamine MMelamine 3 (m ) 3.51x10 -9 V CSERS (kg/m ) (g/mol) (µl) (M) 1574 126.12 10 10 -7 KẾT LUẬN CHƯƠNG Các kết nghiên cứu tính chất plasmonic màng bạc bao gồm màng nano bạc đế thủy tinh cấu trúc bạc dị hướng giấy lọc cho thấy: - Độ dài lan truyền sóng plasmon bề mặt màng nano bạc chế tạo vào cỡ m, phụ thuộc vào độ dầy màng bước sóng kích thích Do lan truyền sóng plasmon, huỳnh quang hạt nano OB tăng cường Độ dài lan truyền plasmon lớn, plasmon có khả lan truyền xa dẫn tới tăng cường huỳnh quang chất phát quang Với bước sóng kích thích, độ dài lan truyền plasmon tỷ lệ với độ dày màng, tồn độ dài lan truyền bão hòa độ dày định - Tính chất plamonic cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc nghiên cứu qua tăng cường tán xạ Raman hợp chất Melamine Tín hiệu tăng cường tán xạ Raman Melamine đo đế SERS chế tạo áp dụng -7 với nồng độ Melamine thấp 10 M Kết ứng dụng việc phát Melamine thực phẩm KẾT LUẬN Sau thời gian thực nghiên cứu nội dung đề tài luận văn, thu số kết sau: 1) Đã tìm hiểu tính chất quang cấu trúc nano kim loại, hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, tăng cường huỳnh quang tăng cường tán xạ Raman plasmonic hoạt động 2) Đã chế tạo thành công màng nano bạc đế thủy tinh cấu trúc nano bạc dị hướng giấy lọc nhằm nghiên cứu tính chất tăng cường huỳnh quang chất phát quang ảnh hưởng hiệu ứng plasmon bề mặt màng nano bạc tăng cường tán xạ Raman sử dụng cấu trúc nano bạc dị hướng để “quan sát” plasmonic hoạt động, cụ thể: - Các màng nano bạc đế thủy tinh chế tạo với độ dày màng từ 30 đến 200 nm Độ dài lan truyền sóng plasmon bề mặt màng nano bạc chế tạo vào cỡ m, phụ thuộc vào độ dầy màng bước sóng kích thích Do lan truyền sóng plasmon, huỳnh quang hạt nano OB tăng cường Kết thí nghiệm cho thấy hệ số tăng cường huỳnh quang lớn hạt nano OB màng bạc dày 200 nm Sự tăng cường huỳnh quang màng nano kim loại ứng dụng quan sát đối tượng sinh học màng kim loại tăng độ chói độ nét ảnh, kết tăng độ nhạy phép phân tích - Các cấu trúc nano bạc dị hướng chế tạo giấy lọc tạo thành đế SERS phương pháp hóa khử cho ứng dụng tăng cường tán xạ Raman Hệ số tăng -7 cường tín hiệu Raman nồng độ Melamin 10 M (một giá trị nhỏ) xác định từ thực nghiệm ,  Giá trị hệ số tăng cường cho thấy tác dụng hiệu plasmonic hoạt động cấu trúc nano bạc dị hướng đế SERS giấy lọc Ảnh hưởng hiệu ứng plasmon bề mặt màng nano bạc lên phát xạ chất phát quang tăng cường tán xạ Raman đế SERS cấu trúc nano bạc giấy lọc đóng góp chứng quan sát plasmonic hoạt động CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Meephonevanh Vaxayneng, Luc Thi Tuyen, Pham Mai An, Tran Hong Nhung, and Chu Viet Ha (2019), Fluorescent energy transfer between orange bead nanoparticles and CY5 dye affected by surface Plasmons so silver nanofilm, th Report on The 16 Academic conference on natural science for young scientists, Master and PhD student from ASEAN countries 2019 Pham Mai An, Luc Thi Tuyen, Le Tien Ha, Pham Minh Tan, Meephonevanh Vaxayneng, Nguyen Thi Huong, Chu Viet Ha (2020), Emission spectroscopy of Cyanine dye affected by plasmonics of colloidal gold nanoparticles, TNU Journal of Science and Technology, 225(12): 41 – 50 TÀI LIỆU TH AM KHẢO I Tài liệu Tiếng Việt Chu Việt Hà (2012), “Nghiên cứu trình phát quang vật liệu nano nhằm định hướng đánh dấu sinh học”, Luận án Tiến sĩ Vật lý, Viện Vật lý Vang Touyer (2018), “Tần số cộng hưởng Plasmon bề mặt cấu trúc nano kim loại”, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐHSP, ĐHTN II Tài liệu Tiếng Anh Alexander, K D; Hampton, M J; Zhang, S P; Dhawan, A; Xu, H X; Lopez, R (2009), A High-Throughput Method for Controlled Hot- Spot Fabrication in SERS-Active Gold Nanoparticle Dimer Arrays J Raman Spectrosc, 40, 2171−2175 Bauch, M, Toma, K., Toma, M et al (2014), Plasmon-Enhanced Fluorescence Biosensors: a Review Plasmonics 9, 781-799 Carsten Söonnichsen (2001), Plasmons in metal nanostructures, Dissertation der Fakultät für Physik der, Ludwig-Maximilians-Universität München, Hamburg Chu Viet Ha, Do Thi Nga, Nguyen Ai Viet, Tran Hong Nhung (2015), The local field dependent effect of the critical distance of energy transfer between nanoparticles, Optics Communications, Volume 353, Pages 49-55 Debanjana Ghosh, Nitin Chattopadhyay (2015), Gold and silver nanoparticles based superquenching of fluorescence: A review, Journal of Luminescence 160, 223-232 Ditlbacher H., Krenn J R., Felidj N., Lamprecht B., Schider B., Salerno M., Leitner A., and Aussenegg F R (2002), Fluorescence imaging of surface plasmon field, Appl Phys Lett 80(3), pp 404-406 Futamata, M.; Maruyama, Y.; Ishikawa, M (2003), Local Electric Field and Scattering Cross Section of Ag Nanoparticles under Surface Plasmon Resonance by Finite Difference Time Domain Method J Phys Chem B, 107, 7607−7617 10 Hall, W P.; Modica, J.; Anker, J.; Lin, Y.; Mrksich, M.; Van Duyne, R P A (2011) Conformation- and Ion-Sensitive Plasmonic Biosensor Nano Lett, 11, 1098−1105 11 Han, X G.; Liu, Y D.; Yin, Y D (2014), Colorimetric Stress Memory Sensor Based on Disassembly of Gold Nanoparticle Chains Nano Lett, 14, 2466−2470 12 Hongjun You, Jixiang Fang (2016), Particle-mediated nucleation and growth of solution-synthesized metal nanocrystals: A new story beyond the LaMer curve Nano Today 11 145-167 13 Jiunn-Woei Liaw, Hsin-Yu Wu, Chu-Chuan Huang and Mao-Kuen Kuo (2016), Metal-Enhanced Fluorescence of Silver Island Associated with Silver Nanoparticle, Nanoscale Research Letters 11:26 14 Lamberti, A.; Virga, A.; Angelini, A.; Ricci, A.; Descrovi, E.; Cocuzza, M.; Giorgis, F (2015), Metal−Elastomer Nanostructures for Tunable SERS and Easy Microfluidic Integration RSC Adv, 5, 4404−4410 15 Link S., El-Sayed M A (1999), Spectral properties and relaxation dynamics of surface plasmon electronic oscillations in gold and silver nanodots and nanorods, J Phys Chem B 103 (40), pp 8410-8426 16 N M Hoa, C V Ha, D T Nga, N T Lan, T H Nhung and N A Viet (2016), Simple Model for Gold Nano Particles Concentration Dependence of Resonance Energy Transfer Intensity, Journal of Physics: Conference Series 726, 012009, IOP Publishing 17 Nina Jiang, Xiaolu Zhuo,and Jianfang Wang (2018), Active Plasmonics: Principles, Structures, and Applications, Chem Rev, 118, 3054−3099 18 Nordlander, P.; Oubre, C.; Prodan, E.; Li, K.; Stockman, M I (2004), Plasmon Hybridization in Nanoparticle Dimers Nano Lett, 4, 899−903 19 Panneerselvan Rajapandiyan, Wei-Li Tang, Jyisy Yang (2015), Rapid detection of melamine in milk liquid and powder by surface-enhanced Raman scattering substrate array Food Control 56, 155-160 20 Raether, H (1988), Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings Springer Tracts Mod Phys, 111, 1−133 21 Sannomiya, T.; Hafner, C.; Voros, J (2009), Strain Mapping with Optically Coupled Plasmonic Particles Embedded in a Flexible Substrate Opt Lett, 34, 2009−2011 22 Shen, Y.; Zhou, J H.; Liu, T R.; Tao, Y T.; Jiang, R B.; Liu, M X.; Xiao, G H.; Zhu, J H.; Zhou, Z.-K.; Wang, X H.; Jin, C J.; Wang, J F (2013), Plasmonic Gold Mushroom Arrays with Refractive Index Sensing Figures of Merit Approaching the Theoretical Limit Nat Commun, 4, 2381 23 Tokarev, I.; Tokareva, I.; Gopishetty, V.; Katz, E.; Minko, S (2010), Specific Biochemical-to-Optical Signal Transduction by Responsive Thin Hydrogel Films Loaded with Noble Metal Nanoparticles Adv Mater, 22, 1412−1416 24 Tokarev, I.; Tokareva, I.; Minko, S (2011), Optical Nanosensor Platform Operating in Near-Physiological pH Range via Polymer-Brush-Mediated Plasmon Coupling ACS Appl Mater Interfaces, 3, 143−146 25 Tóth, E.; Ungor, D.; Novák, T.; Ferenc, G.; Bánhelyi, B.; Csapó, E.; Erdélyi, M.; Csete, M (2020), Mapping Fluorescence Enhancement of Plasmonic Nanorod Coupled Dye Molecules Nanomaterials, 10, 1048 26 Vlckova, B.; Pavel, I.; Siskova, M K.; Slouf, M (2007), Single Molecule SERS: Perspectives of Analytical Applications J Mol Struct, 42, 834−836 27 Vo Thi Nhat Linh, Jungil Moon, Chae Won Mun, Vasanthan Devaraj, Jin-Woo Oh, Sung-Gyu Park, Dong-Ho Kim, Jaebum Choo, Yong-Ill Lee, Ho Sang Junga (2019), A facile low-cost paper-based SERS substrate for label-free molecular detection Sensors & Actuators: B Chemical 291, 369-377 28 Wenqi Zhu, Ruben Esteban, Andrei G Borisov, Jeremy J Baumberg, Peter Nordlander, Henri J Lezec, Javier Aizpurua & Kenneth B Crozie (2016), Quantum mechanical effects in plasmonic structures with subnanometre gaps, Review, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms11495 III Tài liệu Website 29 http://refractiveindex.info/ PHỤ LỤC Chương trình Matlab tính tốn độ dài lan truyền sóng plasmon bề mặt cho màng nano kim loại vàng bạc với điện mơi khơng khí: Các thơng số cho màng bạc En=[5.0000 4.9000 4.8000 4.7000 4.6000 4.5000 4.4000 4.3000 4.2000 4.1500 4.1000 4.0500 4.0000 3.9800 3.9500 3.9300 3.9000 3.8800 3.8500 3.8300 3.8000 3.7500 3.7300 3.7000 3.6500 3.6000 3.5000 3.4000 3.3000 3.2000 3.1000 3.0000 2.9000 2.8000 2.7000 2.6000 2.5000 2.4000 2.3000 2.2000 2.1000 PL1 2.0000 1.9000 1.8000 1.7000 1.6000 1.5000 1.4000 1.3000 1.2000 1.1000 1.0000]'; nc=[1.2980+1.3500i 1.3200+1.3500i 1.3430+1.3500i 1.3720+1.3500i 1.4040+1.3300i 1.4410+1.3100i 1.4760+1.2600i 1.5020+1.1900i 1.5190+1.0800i 1.5220+0.99200i 1.4960+0.88200i 1.4320+0.76600i 1.3230+0.64700i 1.2460+0.58600i 1.1490+0.54000i 1.0440+0.51400i 0.93200+0.50400i 0.81500+0.52600i 0.70800+0.56500i 0.61600+0.60900i 0.52600+0.66300i 0.37100+0.81300i 0.32100+0.90200i 0.29400+0.98600i 0.25900+1.1200i 0.23800+1.2400i 0.20900+1.4400i 0.18600+1.6100i 0.20000+1.6700i 0.19200+1.8100i 0.17300+1.9500i 0.17300+2.1100i 0.16000+2.2600i 0.15700+2.4000i PL2 0.14400+2.5600i 0.13200+2.7200i 0.13000+2.8800i 0.13000+3.0700i 0.12900+3.2500i 0.12000+3.4500i 0.12100+3.6600i 0.13100+3.8800i 0.14000+4.1500i 0.14000+4.4400i 0.14800+4.7400i 0.14300+5.0900i 0.14500+5.5000i 0.16300+5.9500i 0.19800+6.4300i 0.22600+6.9900i 0.25100+7.6700i 0.32900+8.4900i]'; Eni = 1.5:0.05:5; nci = interp1(En,nc,Eni); n=real(nci); k=imag(nci); epsag= n.*n-k.*k-i*2*n.*k; c=3E8; l=1240./Eni; w=2*pi*c./(l*1E-9); vk=2*pi./(l*10^(-9)); Độ dài lan truyền plasmon cho màng nano bạc theo độ dày màng clear all; %close all; silverO; %gold Nl=length(l); epsi_m=imag(epsag(1:Nl))/(1)^2; epsr_m=real(epsag(1:Nl))/(1)^2; l=l(1:Nl); epsd=(1.51)^2; Nd=200; PL3 ki_int=(2*pi./l).*(epsi_m./(2.*epsr_m.^2)).*(abs(epsr_m)./(abs(epsr_m)1)).^(3/2); L_int=ones(Nl,1)*(1./ (2.*ki_int)); for cpt=1:Nd, d=cpt; thick(cpt)=d; beta=(2*epsd*(abs(epsr_m).*(epsd-1)- epsd).^(0.5))./ (epsd.^2+abs(epsr_m).*(epsd-1)-epsd); ki_rad=(2*pi./l).*(beta./(abs(epsr_m)+1)).*(abs(epsr_m)./(abs(epsr_m)1)).^(3/2).*exp(-4*pi*d*abs(epsr_m)./(l.*(abs(epsr_m)-1).^0.5)); L_rad(cpt,:)=1./(2.*ki_rad); L(cpt,:)=1./(2*(ki_rad+ki_int)); end; figure; surf(l,thick,real(L)/1000); shading interp; xlabel('Wavelength [nm]') ylabel('Thickness [nm]') zlabel('Propagation length [\mu m]'); view(2) colorbar; titre=['Propagation length in \mum']; title(titre) ntn=84 figure; plot(thick,L(:,ntn)/1000) xlabel('Thickness [nm]') ylabel('Propagation length [\mu m]'); titre=['Propagation length at \lambda = ' num2str(round(l(ntn))) ' nm']; title(titre) PL4 ... dựa nghiên cứu tính chất quang chất phát quang màng nano bạc Do đó, tên đề tài nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ chọn là: ? ?Nghiên cứu tính chất phát xạ chất phát quang màng nano bạc để xác định plasmonic. .. Nghiên cứu tính chất phát xạ chất phát quang màng nano bạc để xác định plasmonic hoạt động Tính tốn độ dài lan truyền sóng plasmon màng nano bạc - Nghiên cứu khảo sát quang phổ Raman chất melamine... trúc nano bạc dị hướng để “quan sát” plasmonic hoạt động Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài thực việc nghiên cứu khảo sát tính chất quang chất phát quang màng nano bạc khảo sát quang