Ngày 22 tháng 2023 năm XNUMX (Tiêu điểm Nanowerk) Các hạt nano plasmon đã thu hút được sự quan tâm đáng kể nhờ các đặc tính quang học độc đáo của chúng và ngày càng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng thương mại, từ cảm biến đến quang điện tử. Hình dạng và sự sắp xếp của các cấu trúc nhỏ bé này quyết định cường độ và tần số của cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ – phương tiện để chúng tập trung và tăng cường ánh sáng. Do đó, việc kiểm soát các khía cạnh này là rất quan trọng để có được hiệu suất được tối ưu hóa và có thể lặp lại. Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào các cấu hình phẳng được thực hiện bằng các kỹ thuật có khả năng 3D hạn chế. Tuy nhiên, công trình gần đây cho thấy khả năng to lớn của các hạt nano 3D có thể điều chỉnh được. Việc điều khiển đồng thời các plasmon dọc theo trục dọc và trục ngang có thể tăng cường các điểm nóng plasmonic và kích hoạt các thiết bị chưa được chế tạo. Nhưng việc chế tạo các hạt nano 3D phức tạp một cách đáng tin cậy đã tỏ ra là thách thức cực kỳ lớn đối với các phương pháp hiện có. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Graz đã chỉ ra rằng một kỹ thuật linh hoạt gọi là lắng đọng chùm tia điện tử tập trung (FEBID) có thể in trực tiếp các cấu trúc nano vàng 3D với các phản ứng plasmonic có thể tùy chỉnh và có thể dự đoán được. Không giống như chế tạo phẳng, quy trình FEBID phụ gia hoạt động trên hầu hết mọi hình dạng bề mặt hoặc chất nền. Công suất độc đáo này hứa hẹn khả năng ứng dụng rộng rãi từ quang phổ tăng cường đến quang học lượng tử. Phát hiện của họ đã được công bố trên Vật liệu chức năng nâng cao (“Điều chỉnh quang phổ hoạt động plasmonic trong cấu trúc nano 3D thông qua in nano có độ chính xác cao”).
Khả năng chế tạo, tinh chế và 3D. a) Một hệ thống phun khí (GIS) bơm các phân tử tiền chất đã được làm nóng trước ở trạng thái khí (Me2(acac)Au(III) trong nghiên cứu này) gần với chất nền, nơi chúng hấp phụ, khuếch tán và nếu không phân ly thì cuối cùng lại giải hấp . Khi tương tác với chùm tia điện tử tập trung, sự phân ly cục bộ dẫn đến sự cố định của kim loại tương ứng, tạo thành lớp lắng đọng dự định. Do sự phân cắt phối tử không hoàn toàn, không chỉ các nguyên tử Au (quả cầu màu cam) mà cả các mảnh cacbon (quả cầu màu xám) cũng được lắng đọng, đó là lý do tại sao cấu trúc FEBID tự nhiên chứa lượng cacbon cao. Toàn bộ quy trình chế tạo thường được thực hiện ở 21±1°C và 10-5 Pa. b–g) mô tả các khả năng thiết kế in nano 3D, từ các vật thể dạng lưới (b) đến dạng tấm, nửa kín (c, d) đến các kiến trúc khép kín (e) và hỗn hợp (f). Ngoài ra, khả năng mở rộng được cung cấp, như được thể hiện trong (g) bởi một mảng tứ giác, để tạo ra các tổ hợp có kích thước micromet cho các ứng dụng riêng lẻ. Để loại bỏ cacbon, sơ đồ (h) minh họa một quá trình tinh chế phù hợp, diễn ra ở áp suất thấp H2O bầu không khí dao động trong khoảng 50–100 Pa ở 21±1°C. Việc sử dụng lại chùm tia điện tử tập trung sẽ dẫn đến việc loại bỏ carbon cục bộ, để lại các cấu trúc nano vàng đa tinh thể, tinh khiết về mặt danh nghĩa với sự mất thể tích lên tới 3/1. Tùy thuộc vào chiều cao của cấu trúc nano, các điều kiện chùm tia phải được điều chỉnh sao cho thể tích tương tác có thể bao phủ toàn bộ thể tích cấu trúc. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Sau khi in và tinh chế các dây nano đơn giản, nhóm nghiên cứu đã kết hợp kính hiển vi điện tử truyền qua quét với quang phổ tổn thất năng lượng điện tử (STEM-EELS). Kỹ thuật này trực quan hóa hoạt động plasmonic trên các cấu trúc nano, xác minh sự tăng cường mạnh mẽ tại các vị trí mục tiêu được xác định bằng hình học. Mô phỏng các dây nano với kích thước tùy chỉnh phù hợp chặt chẽ với các thử nghiệm, xác nhận việc điều chỉnh có thể dự đoán được. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã in các ăng-ten 10D phức tạp cao hơn 3 µm có bán kính ∼ 3 nm – loại nhỏ nhất có thể điều khiển được cho đến nay. Bất chấp hình dạng phức tạp, các mô phỏng lại phù hợp với các thí nghiệm. Bằng cách điều chỉnh các mô hình một cách có hệ thống, cường độ, tần số và mật độ cực đại của các chế độ plasmon riêng biệt sẽ thay đổi theo những cách hoạt động tốt. Điều này càng chứng tỏ khả năng dự đoán đáng tin cậy và khả năng điều chỉnh quang phổ. Ví dụ: làm cho ăng-ten dịch chuyển đỏ cao hơn và tăng cường các cộng hưởng cụ thể. Các ăng-ten ngắn hơn tạo ra ít đỉnh plasmon hơn trên mỗi dải bước sóng, trong khi các ăng-ten dài hơn tạo ra nhiều đỉnh plasmon hơn trong dải mong muốn. Những mối quan hệ như vậy chi phối nơi tập trung ánh sáng xảy ra và ở mức năng lượng nào. Với khả năng mô phỏng ban đầu này đã được chứng minh, việc thiết kế bất kỳ cấu trúc nano tùy ý nào với các đặc tính quang học dành riêng cho ứng dụng đều trở nên đơn giản và hiệu quả. Thay vì thử nghiệm và sai sót một cách toàn diện, phương pháp tiếp cận có hướng dẫn sẽ giảm thử nghiệm xuống mức xác minh có mục tiêu. Tính linh hoạt của in nano 3D cũng cho phép đặt các phần tử plasmonic đã được điều chỉnh trên các thành phần thiết bị đã hoàn thiện như cảm biến. So với các công trình trước đây, những phát hiện này cho phép kỹ thuật chế độ ngang và dọc chính xác trong các hình học phức tạp. Sự tương tác kết hợp giữa các tổ hợp hạt nano XNUMXD—hiện có thể sản xuất theo yêu cầu—có thể hạn chế ánh sáng vượt quá giới hạn nhiễu xạ tốt hơn hoặc cải thiện các nguồn phát lượng tử. Các ứng dụng khác có thể xuất hiện khi có nhiều nghiên cứu sử dụng quyền tự do mới này để tạo ra XNUMXD có thể điều chỉnh được. nanoplasmon kiến trúc.
Khả năng chế tạo, tinh chế và 3D. a) Một hệ thống phun khí (GIS) bơm các phân tử tiền chất đã được làm nóng trước ở trạng thái khí (Me2(acac)Au(III) trong nghiên cứu này) gần với chất nền, nơi chúng hấp phụ, khuếch tán và nếu không phân ly thì cuối cùng lại giải hấp . Khi tương tác với chùm tia điện tử tập trung, sự phân ly cục bộ dẫn đến sự cố định của kim loại tương ứng, tạo thành lớp lắng đọng dự định. Do sự phân cắt phối tử không hoàn toàn, không chỉ các nguyên tử Au (quả cầu màu cam) mà cả các mảnh cacbon (quả cầu màu xám) cũng được lắng đọng, đó là lý do tại sao cấu trúc FEBID tự nhiên chứa lượng cacbon cao. Toàn bộ quy trình chế tạo thường được thực hiện ở 21±1°C và 10-5 Pa. b–g) mô tả các khả năng thiết kế in nano 3D, từ các vật thể dạng lưới (b) đến dạng tấm, nửa kín (c, d) đến các kiến trúc khép kín (e) và hỗn hợp (f). Ngoài ra, khả năng mở rộng được cung cấp, như được thể hiện trong (g) bởi một mảng tứ giác, để tạo ra các tổ hợp có kích thước micromet cho các ứng dụng riêng lẻ. Để loại bỏ cacbon, sơ đồ (h) minh họa một quá trình tinh chế phù hợp, diễn ra ở áp suất thấp H2O bầu không khí dao động trong khoảng 50–100 Pa ở 21±1°C. Việc sử dụng lại chùm tia điện tử tập trung sẽ dẫn đến việc loại bỏ carbon cục bộ, để lại các cấu trúc nano vàng đa tinh thể, tinh khiết về mặt danh nghĩa với sự mất thể tích lên tới 3/1. Tùy thuộc vào chiều cao của cấu trúc nano, các điều kiện chùm tia phải được điều chỉnh sao cho thể tích tương tác có thể bao phủ toàn bộ thể tích cấu trúc. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) Sau khi in và tinh chế các dây nano đơn giản, nhóm nghiên cứu đã kết hợp kính hiển vi điện tử truyền qua quét với quang phổ tổn thất năng lượng điện tử (STEM-EELS). Kỹ thuật này trực quan hóa hoạt động plasmonic trên các cấu trúc nano, xác minh sự tăng cường mạnh mẽ tại các vị trí mục tiêu được xác định bằng hình học. Mô phỏng các dây nano với kích thước tùy chỉnh phù hợp chặt chẽ với các thử nghiệm, xác nhận việc điều chỉnh có thể dự đoán được. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã in các ăng-ten 10D phức tạp cao hơn 3 µm có bán kính ∼ 3 nm – loại nhỏ nhất có thể điều khiển được cho đến nay. Bất chấp hình dạng phức tạp, các mô phỏng lại phù hợp với các thí nghiệm. Bằng cách điều chỉnh các mô hình một cách có hệ thống, cường độ, tần số và mật độ cực đại của các chế độ plasmon riêng biệt sẽ thay đổi theo những cách hoạt động tốt. Điều này càng chứng tỏ khả năng dự đoán đáng tin cậy và khả năng điều chỉnh quang phổ. Ví dụ: làm cho ăng-ten dịch chuyển đỏ cao hơn và tăng cường các cộng hưởng cụ thể. Các ăng-ten ngắn hơn tạo ra ít đỉnh plasmon hơn trên mỗi dải bước sóng, trong khi các ăng-ten dài hơn tạo ra nhiều đỉnh plasmon hơn trong dải mong muốn. Những mối quan hệ như vậy chi phối nơi tập trung ánh sáng xảy ra và ở mức năng lượng nào. Với khả năng mô phỏng ban đầu này đã được chứng minh, việc thiết kế bất kỳ cấu trúc nano tùy ý nào với các đặc tính quang học dành riêng cho ứng dụng đều trở nên đơn giản và hiệu quả. Thay vì thử nghiệm và sai sót một cách toàn diện, phương pháp tiếp cận có hướng dẫn sẽ giảm thử nghiệm xuống mức xác minh có mục tiêu. Tính linh hoạt của in nano 3D cũng cho phép đặt các phần tử plasmonic đã được điều chỉnh trên các thành phần thiết bị đã hoàn thiện như cảm biến. So với các công trình trước đây, những phát hiện này cho phép kỹ thuật chế độ ngang và dọc chính xác trong các hình học phức tạp. Sự tương tác kết hợp giữa các tổ hợp hạt nano XNUMXD—hiện có thể sản xuất theo yêu cầu—có thể hạn chế ánh sáng vượt quá giới hạn nhiễu xạ tốt hơn hoặc cải thiện các nguồn phát lượng tử. Các ứng dụng khác có thể xuất hiện khi có nhiều nghiên cứu sử dụng quyền tự do mới này để tạo ra XNUMXD có thể điều chỉnh được. nanoplasmon kiến trúc.
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64093.php
