Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cấu Trúc Đế Đến Trường Plasmon Của Hạt Nano Bạc Trong Tán Xạ Raman Tăng Cường

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

2.8.4. Các loại đế SERS và phƣơng pháp chế tạo

2.8.4.1. Đế SERS hạt kim loại dạng keo trong dung dịch

2.8.4.2. Các đế SERS linh động

2.8.4.3. Các đế SERS linh động trong suốt. Ứng dụng đế SERS

2.9. 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. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng

3.2.4. Chuẩn bị mẫu cho các phép đo SERS

3.2.5. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp lắng đọng

3.2.6. Đặc tính SERS của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp lắng đọng

3.2.7. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt

3.2.8. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên độ đồng đều tín hiệu tán xạ Raman bề mặt

3.2.9. 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

4.2. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp khử trực tiếp

4.3. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng

4.4. Quy trình chế tạo

4.5. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp khử trực tiếp

4.6. Hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên các đế nền

4.7. Đặc tính quang của các đế SERS khử trực tiếp

4.8. Ảnh hƣởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt

4.9. Nghiên cứu tối ƣu đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp khử trực tiếp trên giấy

4.9.1. Chế tạo các đế SERS giấy bạc sử dụng chitosan

4.9.2. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính của đế SERS giấy bạc

4.9.3. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính quang và số lƣợng cấu trúc bạc tạo thành trên giấy lọc

4.9.4. Ảnh hƣởng của chitosan lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc

4.9.5. Ảnh hƣởng của chitosan lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc

4.9.6. Ảnh hƣởng của các loại chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc

4.9.7. Ảnh hƣởng của chất khử lên đặc tính hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc

4.9.8. Ảnh hƣởng của chất khử lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc

4.9.9. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên đặc tính của đế SERS giấy bạc

4.9.10. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên giấy lọc

4.9.11. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khử lên đặc tính tăng cƣờng tín hiệu tán xạ Raman bề mặt của đế SERS giấy bạc

4.9.12. 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 HIỆU

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cấu Trúc Đế Đến Trường Plasmon

Nghiên cứu về cấu trúc hạt nano bạc và trường plasmon đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong vật lý nano. Hiệu ứng plasmon bề mặt định xứ (LSPR) cho phép tăng cường đáng kể tín hiệu tán xạ Raman, mở ra nhiều ứng dụng trong phân tích hóa học và sinh học. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa cấu trúc đế và trường plasmon là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của các hạt nano bạc trong tán xạ Raman tăng cường.

1.1. Hiệu ứng Plasmon và Tán Xạ Raman Tăng Cường

Hiệu ứng plasmon là hiện tượng quan trọng trong nghiên cứu vật liệu nano. Tán xạ Raman tăng cường (SERS) cho phép phát hiện các phân tử với độ nhạy cao nhờ vào sự tương tác giữa ánh sáng và hạt nano.

1.2. Vai trò của Cấu Trúc Đế trong Nghiên Cứu

Cấu trúc đế có ảnh hưởng lớn đến cường độ tín hiệu tán xạ Raman. Việc tối ưu hóa thiết kế đế giúp tăng cường hiệu ứng plasmon, từ đó nâng cao khả năng phát hiện các chất phân tích.

II. Thách Thức trong Nghiên Cứu Cấu Trúc Đế và Trường Plasmon

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa cấu trúc hạt nano bạc. Các yếu tố như hình dạng, kích thước và khoảng cách giữa các hạt nano đều ảnh hưởng đến hiệu suất của trường plasmon. Việc kiểm soát các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất trong tán xạ Raman.

2.1. Ảnh Hưởng của Kích Thước và Hình Dạng Hạt Nano

Kích thước và hình dạng của hạt nano bạc có thể thay đổi đáng kể cường độ tín hiệu tán xạ Raman. Các nghiên cứu cho thấy rằng hạt nano có hình dạng cụ thể sẽ tạo ra các điểm nóng plasmon mạnh mẽ hơn.

2.2. Thách Thức trong Thiết Kế Đế SERS

Thiết kế đế SERS cần phải cân nhắc nhiều yếu tố như tính đồng nhất, khả năng tái tạo và chi phí. Những thách thức này đòi hỏi các phương pháp chế tạo chính xác và hiệu quả.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Cấu Trúc Đế và Trường Plasmon

Để nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc đế đến trường plasmon, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm chế tạo hạt nano bạc bằng lắng đọng và khử trực tiếp, cũng như sử dụng các kỹ thuật quang học để đo lường hiệu ứng plasmon.

3.1. Phương Pháp Lắng Đọng Hạt Nano Bạc

Phương pháp lắng đọng cho phép tạo ra các hạt nano bạc với kích thước và hình dạng đồng nhất. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu ứng plasmon và tăng cường tín hiệu tán xạ Raman.

3.2. Kỹ Thuật Khử Trực Tiếp trong Nghiên Cứu

Kỹ thuật khử trực tiếp giúp tạo ra các cấu trúc bạc trên đế nền một cách hiệu quả. Phương pháp này cũng cho phép kiểm soát tốt hơn các đặc tính quang học của đế SERS.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Nghiên Cứu Trường Plasmon

Nghiên cứu về trường plasmon và hạt nano bạc đã mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như y sinh, phân tích hóa học và môi trường. SERS đã trở thành một công cụ mạnh mẽ trong việc phát hiện các chất phân tích ở nồng độ thấp.

4.1. Ứng Dụng trong Y Sinh

SERS được sử dụng để phát hiện các biomarker trong y sinh, giúp chẩn đoán sớm các bệnh lý. Việc tăng cường tín hiệu tán xạ Raman cho phép phát hiện các phân tử sinh học với độ nhạy cao.

4.2. Ứng Dụng trong Phân Tích Hóa Học

Trong phân tích hóa học, SERS giúp phát hiện các chất độc hại và ô nhiễm môi trường. Công nghệ này cho phép phân tích nhanh chóng và chính xác các mẫu nước và không khí.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của cấu trúc đế đến trường plasmon của hạt nano bạc trong tán xạ Raman tăng cường đang mở ra nhiều hướng đi mới. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới và cải tiến trong công nghệ phân tích.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các cấu trúc đế mới với hiệu suất cao hơn. Việc tối ưu hóa các yếu tố như hình dạng và kích thước sẽ là chìa khóa cho sự phát triển này.

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Mới

Tiềm năng ứng dụng của SERS trong các lĩnh vực như an ninh thực phẩm và y tế sẽ tiếp tục được khai thác. Nghiên cứu này có thể dẫn đến những phát triển đột phá trong công nghệ phân tích.