2D-структуры на основе ансамблей монодисперсных нанокристаллов золота

Abstract

Установлены параметры темплатного формирования монослоев нанокристаллов (НК) Au с дисперсией по размерам ≤ 15% на модифицированных кварцевых подложках с контролированной степенью заполнения подложки нанокристаллами (30—80%). Характеризацию полученных монослоев проводили с использованием методов электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной и оптической спектроскопий. Показано, что наличие межчастичных контактов в монослое приводит к дополнительному поглощению в области 600—700 нм наряду с основным плазмонным поглощением (537 нм) в спектре. Для предотвращения межчастичных контактов в пленочной 2D-структуре были получены растворы гетеронаночастиц состава Au(ядро)/SiO₂(защитная оболочка) с заданной толщиной SiO₂оболочки (5—50 нм) и сформированы моно- и многослойные пленочные структуры на их основе. Для формирования многослойных структур с количеством слоев n = 1—20, содержащих гетеронаночастицы Au/SiO₂ использовали метод самосборки из водной среды (Layer-by-Layer (LbL) assembly). Изучены спектры поглощения (плазмонный резонанс) полученных 2D-структур и их изменения в зависимости от геометрических параметров гетеронаночастиц Au/SiO₂ и их концентрации в пленочной структуре (количество слоев – n). Полученные 2D-структуры гетеронаночастиц Au/SiO₂ перспективны для создания новых оптических и нелинейно-оптических материалов с регулируемым набором функциональных свойств.

Встановлено параметри темплатного формування моношарів нанокристалів (НК) Au з дисперсією по розмірах ≤ 15% на модифікованих кварцових підложжях з контрольованим ступенем заповнення підложжя нанокристалами (30—80%). Характеризацію одержаних моношарів виконували з використанням метод електронної мікроскопії, Рентґенової фотоелектронної та оптичної спектроскопій. Показано, що наявність контактів між частинками в моношарі призводить до додаткового вбирання в області 600—700 нм поряд з основним плазмонним вбиранням (537 нм) в спектрі. Для запобігання контактів між частинками в 2D-структурі були одержані розчини гетеронаночастинок складу Au(ядро)/SiO₂ (захисна оболонка) з необхідною товщиною SiO₂ оболонки (5—50 нм) та сформовані моно- й багатошарові поверхневі структури на їх основі. Для формування багатошарових структур гетеронаночастинок Au/SiO₂ з кількістю шарів n = 1−20 використовували методу самоскладання з водного середовища (Layer-by-Layer (LbL) assembly). Вивчено спектри вбирання (плазмонний резонанс) одержаних 2D-структур та їх зміни в залежності від геометричних параметрів гетеронаночастинок Au/SiO₂ і їх концентрації в поверхневій структурі (кількість шарів – n). Одержані 2D-структури гетеронаночастинок Au/SiO₂ є перспективними для створення нових оптичних та нелінійно-оптичних матеріялів з реґульованим набором функціональних властивостей.

Parameters of template formation of monolayers of Au nanocrystals (size dispersion ≤ 15%) on the modified quarts wafers are determined. Degree of wafers covering by Au nanocrystals is controlled within the range of 30— 80%. Characterization of obtained monolayers is carried out by means of electron microscopy methods, X-ray photoelectron and optical spectroscopies. As shown, the presence of interparticle contacts in the monolayer leads to additional absorption in the spectral range of 600—700 nm along with the main plasmon absorption (537 nm) in the spectrum. Solutions of Au(core)/SiO₂(protective shell) heteronanoparticles with required thickness of SiO₂ shell (5—50 nm) and mono- and multilayers structures based on these heteronanoparticles are obtained to prevent interparticle contacts in 2D structures. Multilayer structures (with layers number n = 1—20) of Au/SiO₂ heteronanoparticles are obtained by means of Layer-by-Layer (LbL) assembly method from water solutions. Absorption spectra (plasmon resonance) of 2D structures and their changes with both the geometrical parameters of Au/SiO₂ heteronanoparticles and their concentration in the film (with number of coating layers, n) are studied. Obtained 2D structures of Au/SiO₂ heteronanoparticles are candidates for new optical and nonlinear optical materials with controllable set of functional properties.