Development and self - assembly of plasmonic particles for applications in molecular sensors

Abstract

Σκοπός της διατριβής ήταν η μελέτη, ανάπτυξη, μορφοποίηση με αυτό-οργάνωση και ο χαρακτηρισμός πλασμονικών νανοδομών, δηλαδή νανοσωματιδίων μετάλλων, και συσκευών για οπτικές και φωτονικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν συστήματα νανοδομών από μεταλλικά νανοσωματίδια αργυρού και χρυσού ανεπτυγμένα πάνω σε υποστρώματα πυριτίου και τιτανίας. Η ανάπτυξη των μεταλλικών νανοσωματιδίων έγινε: (α) με χημικές μεθόδους όπως η Ηλεκτρολυτική Εναπόθεση Μετάλλου, μία γρήγορη και επαναλήψιμη χαμηλού κόστους διαδικασία, και (β) με φυσικές μεθόδους εναπόθεσης ατμών, όπως η Ιοντοβολή Εκκένωσης Αίγλης για την ανάπτυξη αρχικά λεπτών υμενίων μετάλλων και στην συνεχεία τον σχηματισμό των μεταλλικών νανοσωματιδίων με ανόπτηση με τη χρήση παλμικού λέιζερ, η οποία μας επέτρεψε να δημιουργήσουμε νανοσωματίδια διαφορετικών μεγεθών και κατανομών που εμφανίζουν το φαινόμενο του Τοπικού Επιφανειακού Πλασμονικού Συντονισμού σε συχνότητες που καλύπτουν όλο το φάσμα του ορατού φωτός. Οι πλασμονικές νανοδομές δοκιμάστηκαν επιτυχώς για την καταλληλότητα τους στην ανίχνευση και παγίδευση χαμηλής συγκέντρωσης μορίων ροδαμίνης ως υποστρώματα επιφανειακής ενίσχυσης σκέδασης Ράμαν μέσω της Φασματοσκοπίας Ράμαν και σε πειράματα Επιφανειακής Ενίσχυσης Φωταύγειας. Επιπροσθέτως, αναπτύχθηκαν πλασμονικές νανοδομές στην επιφάνεια τροποποιημένης τιτανίας και ελέγθηκε η απόδοσής τους στην φωτοκαταλυτική ανίχνευση και παγίδευση ιόντων βαρέων μετάλλων (ιόντων μαγγανίου), και επιτεύχθηκε η αύξηση της απόδοσης, ώστε η διαδικασία αυτή να επιτυγχάνεται με την χρήση απλών οικιακών λαμπτήρων τύπου φωτοδιόδου σε μικρό χρονικό διάστημα κατάλληλο για τη χρήση τους στη βιομηχανία.