ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐẾ SERS SỬ DỤNG HẠT NANO VÀNG TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI CÓ CẤU TRÚC TUẦN HOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC THÁI NGUYÊN, 9/2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ THU HƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐẾ SERS SỬ DỤNG HẠT NANO VÀNG TRÊN BỀ MẶT KIM LOẠI CÓ CẤU TRÚC TUẦN HOÀN Ngành: Quang học Mã số: 8.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. NGUYỄN THẾ BÌNH THÁI NGUYÊN, 9/2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2018 Học viên Phạm Thị Thu Hường i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Nguyễn Thế Bình, người thầy đã tận tình giúp đỡ, dành thời gian trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học, cũng như luôn động viên và tạo điều kiện cho tôi để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô của trường Đại Học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên đã tận tâm truyền đạt cho chúng tôi vốn kiến thức quý báu trong suốt hai năm học Thạc Sỹ tại trường. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã quan tâm, giúp đỡ, ủng hộ và khích lệ tôi để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 9 năm 2018 Tác giả Phạm Thị Thu Hường ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN . ii MỤC LỤC . iii BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT . v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . vi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT SERS . Hiện tượng tán xạ Raman . Quan điểm cổ điển về phổ tán xạ Raman . Quan điểm lượng tử về phổ tán xạ Raman . Tán xạ Raman tăng cường bề mặt SERS . Cơ chế tăng cường điện từ. Cơ chế tăng cường hóa học . Hệ số tăng cường SERS . Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tăng cường đế SERS . Một số cấu trúc nano kim loại cho hiệu ứng SERS . Đế SERS dùng keo hạt nano kim loại . Đế SERS dùng các hạt nano kim loại với hình dạng khác nhau ngưng kết trên đế phẳng . Đế SERS chế tạo bằng kỹ thuật phủ hạt nano kim loại lên cấu trúc tuần hoàn . Các kỹ thuật chế tạo đế SERS khác . Một số ứng dụng của quang phổ học Raman tăng cường bề mặt SERS . Ứng dụng trong cảm biến sinh học . Ứng dụng trong phân tích môi trường . 21 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG . Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại bằng ăn mòn laser . Nguyên lý chế tạo hạt nano kim loại bằng ăn mòn laser . Sơ đồ hệ thiết bị chế tạo hạt nano kim loại bằng phương pháp ăn mòn laser . Laser Nd: YAG Quanta Ray Pro 230. Các phương pháp đo đạc . Phương pháp quang phổ hấp thụ (UV - VIS) . Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) . Phân tích phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) . Hệ thu phổ tán xạ Raman LabRAM HR 800 . Các hóa chất sử dụng. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Chế tạo và khảo sát thuộc tính quang của hạt nano Au . Chế tạo hạt nano vàng (Au) trong ethanol bằng phương pháp ăn mòn laser . Khảo sát thuộc tính quang của hạt nano Au trong ethanol . Chế tạo đế SERS sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại cấu trúc tuần hoàn . Nghiên cứu khảo sát, lựa chọn các bề mặt kim loại cấu trúc tuần hoàn của đĩa DVD. Chế tạo đế SERS sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt của đĩa DVD . Khảo sát hiệu ứng SERS và đánh giá hệ số tăng cường SERS của đế SERS được chế tạo . Khảo sát ảnh hưởng của số lớp hạt nano Au trên bề mặt DVD lên hiệu ứng SERS . Khảo sát thu phổ SERS của Malachite Green nồng độ thấp . 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 49 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt hiệu AAS Atomic Absorption Spectroscopy Phổ hấp thụ điện tử AEF The analytical enhancement factor Hệ số tăng cường chất phân tích Au Gold Vàng Cu Copper Đồng EF Enhancement factor Hệ số tăng cường SERS Surface Enhanced Raman Scattering Tán xạ Raman tăng cường bề mặt SMEF The single-molecule enhancement factor Hệ số tăng cường đơn phân tử SSEF The SERS substrate enhancement factor Hệ số tăng cường đế SERS TEM Transmission electron microscope Kính hiển vi điện tử truyền qua UV Ultra Violet Tử ngoại v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng Bảng 3.1: Dịch chuyển Raman và các dao động phân tử tương ứng của Malachite Green .1: Sơ đồ thu phổ tán xạ Raman .2: Vạch tán xạ Rayleigh (a) và các vạch tán xạ Stokes (b), đối Stokes (c) trong phổ tán xạ Raman .3: Sơ đồ mức năng lượng của tán xạ Rayleigh và tán xạ Raman .4: Sơ đồ nguyên lý của SERS .5: Sơ đồ biểu diễn của cơ chế dịch chuyển điện tử (charge-transfer).6a: Ảnh TEM của hạt keo Ag citrate .6b: Ảnh TEM của hạt keo Au borohydride .7a: Ảnh SEM của các hạt và đảo nano vàng .7b: Ảnh SEM của các cấu trúc nano hình sao và lá nano vàng .8: Sơ đồ mô tả quá trình tạo ra đế SERS bằng E-beam Lithography .9a: Ảnh SEM các cột SiO2 có các hạt nano Ag ở trên đỉnh cột.9b: Phổ SERS và phổ Raman thường của benzenethion.10: Phương pháp electrohydrodynamic lithography tạo ra các cấu trúc dạng cột tuần hoàn có kích thước micro .11: Đế SERS chế tạo bằng cách phân tán hạt nano kim loại trên cấu trúc tuần hoàn .12: Cấu trúc hoa và lá bạc (Ag) .13: Sợi giấy lọc phủ hạt nano vàng.1: Mô hình nguyên lý ăn mòn laser trong chất lỏng .2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ăn mòn laser .5: Bộ điều khiển .25 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.6: Ảnh chụp hệ đo phổ hấp thụ UV-2450 Shimadzu .7: Ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua JEM101, JEOL .8: Ảnh chụp máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300.9: Ảnh chụp hệ thu phổ tán xạ Raman LABRAM HR 800 .10: Sơ đồ hệ thu phổ tán xạ Raman LabRAM HR 800 .11: Công thức cấu tạo của Manachite green (MG).1: Phổ hấp thụ của hạt nano Au trong ethanol tinh khiết, công suất laser 500mW, thời gian chiếu laser 15 phút .2: Phổ nhiễu xạ tia X của hạt nano vàng trong ethanol tinh khiết, công suất laser 500 mW, thời gian chiếu 15 phút .3: Ảnh TEM hạt nano vàng chế tạo bằng ăn mòn laser trong ethanol .4: Phân bố kích thước hạt nano vàng trong ethanol .5: Mặt cắt dọc của đĩa DVD .6: Mô hình nguyên lý đọc dữ liệu .7: Kích thước đường dữ liệu của đĩa DVD .8: Ảnh SEM bề mặt của 3 loại đĩa DVD sau khi bóc lớp bảo vệ và làm sạch . Ảnh SEM của bề mặt đế 4Au/DVD .10: Phổ tán xạ Raman của MG trên đế DVD không có hạt nano vàng và đế 4Au/DVD . Phổ SERS của MG trên các đế 2Au/DVD(a), 4Au/DVD(b) và 6Au/DVD(c) .12a: Phổ SERS của MG nồng độ 100ppm từ đế SERS 6Au/DVD .12b: Phổ SERS của MG nồng độ 10ppm từ đế SERS 6Au/DVD .47 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Chúng ta biết rằng, tán xạ Raman là một quá trình tán xạ không đàn hồi giữa photon (lượng tử ánh sáng) và một lượng tử dao động của vật chất hay mạng tinh thể. Sau quá trình va chạm, năng lượng của photon giảm đi (hoặc tăng lên) một lượng bằng năng lượng giữa hai mức dao động của nguyên tử (hoặc mạng tinh thể) cùng với sự tạo thành (hoặc hủy) một hạt lượng tử dao động. Nhờ những thông tin về quang phổ dao động phân tử thu được, tán xạ Raman được sử dụng để phân tích thành phần của nhiều chất cũng như nghiên cứu cấu trúc phân tử của chúng và trở thành một công cụ quan trọng trong các phòng thí nghiệm phân tích hóa học, khoa học vật liệu, y- dược, sinh học, môi trường v.v… Tuy nhiên, khi phân tích các chất có nồng độ thấp, tín hiệu phổ Raman thu được là rất yếu. Điều này đã làm hạn chế rất lớn những ứng dụng của phổ Raman. Vào năm 1974, hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt đã được phát hiện và sau đó phát triển thành phương pháp quang phổ học tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS -Surface Enhanced Raman Spectroscopy). Hiệu ứng SERS xảy ra đối với các phân tử ở sát gần hoặc hấp phụ trên các bề mặt kim loại có độ ráp trong thang kích thước nano mét. Đến nay, đã có rất nhiều các kỹ thuật khác nhau được nghiên cứu nhằm tạo ra các cấu trúc nano kim loại cho hiệu ứng SERS (đế SERS) có hệ số tăng cường tín hiệu phổ Raman cao (cỡ 106 - 1014 lần). Dựa trên các tài liệu tham khảo, đánh giá khả năng thực hiện, cũng như xu hướng phát triển nghiên cứu tôi quyết định chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu chế tạo đế SERS sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại có cấu trúc tuần hoàn”. Mục đích của đề tài là: - Tìm hiểu lý thuyết và thực nghiệm về hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS). - Chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp ăn mòn laser trong ethanol. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Nghiên cứu sử dụng hạt nano vàng chế tạo các đế SERS trên bề mặt kim loại cấu trúc tuần hoàn nhằm tăng cường hiệu ứng tán xạ Raman. - Khảo sát phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) và đánh giá hệ số tăng cường SERS. Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm 3 chương chính như sau: Chương 1. Tổng quan về tán xạ Raman tăng cường bề mặt SERS. Phương pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng. Kết quả và thảo luận . 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT SERS 1. Hiện tượng tán xạ Raman Khi ánh sáng truyền qua một môi trường, một phần ánh sáng bị đổi hướng, cường độ ánh sáng bị phân bố lại trong không gian.
Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo đế SERS sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại
Nghiên cứu chế tạo đế sers sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại có cấu trúc tuần hoàn, ứng dụng trong khoa học vật liệu và công nghệ.
Trường đại học
Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái NguyênChuyên ngành
Quang họcNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Luận văn Thạc sĩPhí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
THÔNG TIN CHI TIẾT
Tác giả: Phạm Thị Thu Hường
Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thế Bình
Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
Chuyên ngành: Quang học
Đề tài: Nghiên cứu chế tạo đế SERS sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại có cấu trúc tuần hoàn
Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản: 2018
Địa điểm: Thái Nguyên
Tài liệu "Nghiên cứu chế tạo đế SERS từ hạt nano vàng trên bề mặt kim loại" trình bày một nghiên cứu quan trọng về việc phát triển các đế SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) sử dụng hạt nano vàng. Nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ các phương pháp chế tạo mà còn chỉ ra những lợi ích tiềm năng trong việc nâng cao độ nhạy của các thiết bị phân tích quang học. Đặc biệt, việc sử dụng hạt nano vàng trên bề mặt kim loại có thể mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến và phân tích hóa học.
Để mở rộng thêm kiến thức về các ứng dụng và nghiên cứu liên quan, bạn có thể tham khảo tài liệu Luận án tiến sĩ nâng cao tính năng đế sers cấu trúc mfon và phát triển thiết bị raman xách tay, nơi cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị SERS. Ngoài ra, tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ tăng cường tán xạ raman nhờ các hạt nano kim loại 09 sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của tán xạ Raman. Cuối cùng, tài liệu Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu một số thuộc tính quang của hạt nano kim loại quý sẽ cung cấp thêm thông tin về các thuộc tính quang học của hạt nano, từ đó giúp bạn có cái nhìn tổng quát hơn về lĩnh vực này.
Những tài liệu này không chỉ bổ sung kiến thức mà còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho bạn.
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ