Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đế lên trường plasmon của hạt nano bạc trong tán xạ Raman

Chuyên khảo phân tích Luận án nghiên cứu ảnh hƣởng của các cấu trúc đế lên trƣờng plasmon định xứ của các hạt nano bạc, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Nguyễn Thị Bích Ngọc
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Hồng Nhung
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Cấu Trúc Đế Lên Trường Plasmon Của Hạt Nano Bạc Trong Tán Xạ Raman
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PLASMON VÀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƢỜNG BỀ MẶT DO HIỆU ỨNG PLASMON
• 2.1. Tổng quan về hiệu ứng plasmon và vật liệu plasmonic
• 2.2. Hiệu ứng plasmon của các cấu trúc nano kim loại
• 2.3. Hiệu ứng plasmon – polariton bề mặt
• 2.4. Trƣờng cộng hƣởng plasmon bề mặt định xứ (LSPR)
• 2.5. Tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt
• 2.6. Hiệu ứng tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS)
• 2.7. Lý thuyết điện từ của SERS
• 2.8. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế lên trƣờng Plasmon định xứ của các hạt nano kim loại trong SERS
• 2.8.1. Đơn hạt nano kim loại trên đế phẳng
• 2.8.2. Một dimer kim loại plasmon trên đế phẳng
• 2.8.3. Tính toán hệ số tăng cƣờng của đế SERS
• 2.9. Các loại đế SERS và phƣơng pháp chế tạo
• 2.9.1. Đế SERS hạt kim loại dạng keo trong dung dịch
• 2.9.2. Các đế SERS linh động
• 2.9.3. Các đế SERS linh động trong suốt
• 2.10. Ứng dụng đế SERS
• 2.11. Thực nghiệm nghiên cứu chế tạo đế SERS và sử dụng đế SERS để nghiên cứu sự tăng cƣờng tán xạ Raman bề mặt của chất phân tích
• 3. NGHIÊN CỨU ĐẾ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG CÁC HẠT NANO KIM LOẠI TRÊN CÁC ĐẾ NỀN
• 3.1. Chế tạo và nghiên cứu đặc tính của các hạt meso bạc
• 3.1.1. Chế tạo các hạt meso bạc
• 3.1.2. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng
• 3.1.3. Quy trình chế tạo
• 3.1.4. Đặc trƣng của các hạt meso bạc
• 3.2. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng
• 3.2.1. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng
• 3.2.2. Chuẩn bị các đế nền
• 3.2.3. Chuẩn bị mẫu cho các phép đo SERS
• 3.2.4. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp lắng đọng
• 3.2.5. Đặc tính SERS của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp lắng đọng
• 3.2.6. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
• 3.2.7. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên độ đồng đều tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
• 3.2.8. Sự ảnh hƣởng của các loại hạt lắng đọng trên đế lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
• 4. NGHIÊN CỨU ĐẾ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRỰC TIẾP TRÊN CÁC ĐẾ NỀN
• 4.1. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phƣơng pháp khử trực tiếp
• 4.1.1. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp khử trực tiếp
• 4.1.2. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng
• 4.1.3. Quy trình chế tạo
• 4.1.4. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp khử trực tiếp
• 4.1.5. Hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên các đế nền
• 4.1.6. Đặc tính quang của các đế SERS khử trực tiếp
• 4.1.7. Ảnh hƣởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt
• 4.2. Nghiên cứu tối ƣu đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp khử trực tiếp trên giấy
• 4.2.1. Chế tạo các đế SERS giấy bạc sử dụng chitosan
• 4.2.2. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
• 4.2.3. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính quang và số lƣợng cấu trúc bạc tạo thành trên giấy lọc
• 4.2.4. Ảnh hƣởng của chitosan lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
• 4.2.5. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
• 4.2.6. Ảnh hƣởng của các loại chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
• 4.2.7. Ảnh hƣởng của chất khử lên đặc tính hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
• 4.2.8. Ảnh hƣởng của chất khử lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
• 4.2.9. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc
• 4.2.10. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc
• 4.2.11. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc
• 4.2.12. Hệ số tăng cƣờng của các đế SERS giấy bạc tối ƣu chế tạo đƣợc so với các đế SERS giấy bạc thƣơng mại
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÝ TIẾNG ANH DỊCH NGHĨA
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng của cấu trúc đế lên trường plasmon

Cấu trúc đế có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh trường plasmon của hạt nano bạc. Hiệu ứng plasmon bề mặt định xứ (LSPR) có thể được tối ưu hóa thông qua việc thay đổi hình dạng và kích thước của cấu trúc đế. Nghiên cứu này sẽ làm rõ mối quan hệ giữa cấu trúc đế và trường plasmon, từ đó mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong tán xạ Raman.

1.1. Hiệu ứng plasmon và tán xạ Raman trong nghiên cứu

Hiệu ứng plasmon là hiện tượng quan trọng trong tán xạ Raman, giúp tăng cường tín hiệu. Nghiên cứu cho thấy rằng sự tương tác giữa ánh sáng và hạt nano bạc tạo ra các điểm nóng plasmon, từ đó nâng cao độ nhạy của phương pháp tán xạ Raman.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trường plasmon

Trường plasmon bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như hình dạng, kích thước và khoảng cách giữa các hạt nano. Những yếu tố này quyết định đến cường độ và phân bố của trường plasmon, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tán xạ Raman.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu cấu trúc đế

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về cấu trúc đế, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất tán xạ Raman. Các vấn đề như độ đồng nhất của cấu trúc, khả năng tái tạo tín hiệu và chi phí chế tạo vẫn cần được giải quyết. Điều này đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu mới và sáng tạo.

2.1. Độ đồng nhất và tái tạo tín hiệu

Độ đồng nhất của cấu trúc đế ảnh hưởng lớn đến khả năng tái tạo tín hiệu tán xạ Raman. Các nghiên cứu cho thấy rằng sự không đồng nhất có thể dẫn đến sự biến đổi lớn trong kết quả thu được.

2.2. Chi phí chế tạo và ứng dụng thực tiễn

Chi phí chế tạo các cấu trúc đế SERS vẫn là một vấn đề lớn. Việc phát triển các phương pháp chế tạo tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo chất lượng là một thách thức cần được giải quyết.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc đế hiệu quả

Để tối ưu hóa trường plasmon, các phương pháp chế tạo cấu trúc đế cần được cải tiến. Các phương pháp như lắng đọng và khử trực tiếp đã được áp dụng để tạo ra các cấu trúc nano với tính chất quang học tốt hơn. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết các phương pháp này.

3.1. Phương pháp lắng đọng hạt nano

Phương pháp lắng đọng hạt nano cho phép tạo ra các cấu trúc đế với độ chính xác cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này giúp tăng cường đáng kể hiệu ứng plasmon.

3.2. Phương pháp khử trực tiếp

Phương pháp khử trực tiếp cũng đã được áp dụng để chế tạo các đế SERS. Phương pháp này giúp tạo ra các cấu trúc bạc với hình thái và phân bố đồng đều, từ đó nâng cao hiệu suất tán xạ Raman.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cấu trúc đế trong tán xạ Raman

Cấu trúc đế SERS có nhiều ứng dụng trong phân tích hóa học và sinh học. Việc tối ưu hóa trường plasmon không chỉ giúp nâng cao độ nhạy mà còn mở ra nhiều khả năng mới trong việc phát hiện các chất phân tích ở nồng độ thấp. Nghiên cứu này sẽ trình bày một số ứng dụng tiêu biểu.

4.1. Phân tích hóa học với SERS

Tán xạ Raman tăng cường bề mặt đã được ứng dụng rộng rãi trong phân tích hóa học. Các cấu trúc đế SERS giúp phát hiện các hợp chất hóa học với độ nhạy cao, mở ra cơ hội cho các nghiên cứu mới.

4.2. Ứng dụng trong y sinh

Trong lĩnh vực y sinh, SERS có thể được sử dụng để phát hiện các biomarker trong mẫu sinh học. Điều này giúp nâng cao khả năng chẩn đoán và theo dõi bệnh tật.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu cấu trúc đế

Nghiên cứu về ảnh hưởng của cấu trúc đế lên trường plasmon của hạt nano bạc trong tán xạ Raman đang mở ra nhiều hướng đi mới. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phát triển các cấu trúc đế mới với hiệu suất cao hơn và ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tiễn.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến trường plasmon, từ đó phát triển các cấu trúc đế mới với hiệu suất cao hơn.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Tiềm năng ứng dụng của SERS trong công nghiệp là rất lớn. Việc phát triển các cấu trúc đế SERS có thể giúp nâng cao hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, môi trường và y tế.