Surface modification of Ag nanoparticles and their substrates for high sensitive plasmonic sensors

用于高灵敏度等离子体传感器的银纳米粒子及其基底的表面修饰

基本信息

批准号：
21K04830
负责人：
高廣克己
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、十分制御された環境下に置かれた銀ナノ粒子（Ag NPs）の化学的安定性と高強度LSPR回復・維持の可能性を示し、特殊凹凸加工されたガラス基板上に表面修飾されたAg NPsを三次元高密度配列させる。それを使って、実用に耐え得る高感度VOCセンサーを実際に作成することで、本手法（銀ナノ粒子表面修飾と基板特殊加工）の有用性を実証することを目的とした。また、研究代表者が見出したプラズマ曝露によるナノ粒子表面清浄化機構およびイオンビーム誘起ガラス変形機構を解明し、学術的知見を得ることを第二の目的とした。このうち本年度では、銀ナノ粒子の表面修飾に注力した。DCスパッタ蒸着により、透明石英板上にAgナノ粒子凝集体（Ag NPs/SiO2）を作製し、7日間真空中に保管した。Ag NPs/SiO2に対して、30 keV Heイオンを照射した。照射・未照射試料に対して、紫外可視光吸収分光を行った。また、分光器用セル内へのVOC液滴（エタノール、アセトン、ブタノールなど）滴下前後の光吸収スペクトルの変化から、VOC蒸気応答性を評価した。その結果、イオン照射したAgナノ粒子凝集体において、プラズモン吸収帯の尖鋭化に起因したVOC蒸気応答性の向上を示すことができた。また、低圧Arプラズマ曝露によってもプラズモン吸収帯の尖鋭化を実現することができた。プラズマ発光分光の結果、低圧プラズマ中に存在する数十電子ボルトのエネルギーをもつ電子のAgナノ粒子表面への照射によって、Agナノ粒子表面の化合物・汚染物層が還元、清浄化され、プラズモン吸収帯が尖鋭化したと結論できた。

这项研究表明，放置在良好的控制环境中的银纳米颗粒（AG NP）的化学稳定性和可能性，以及在具有特殊不固定表面的玻璃底物上恢复和维持高强度的AG NP的恢复和维持高强度的AG NP的可能性。目的是通过实际创建一个可以承受实际使用的高度敏感的VOC传感器来证明这种方法（银纳米颗粒表面修饰和底物特殊处理）的有用性。第二目的是阐明主要研究者发现的纳米颗粒表面清洁机制和离子束诱导的玻璃变形机制，并获得学术知识。其中，今年，我们专注于银纳米颗粒的表面修饰。通过DC溅射沉积在透明的石英平板上制备Ag纳米颗粒聚集体（Ag NPS/SIO2），并在真空中储存7天。用30 keV He离子照射Ag NPS/SiO2。紫外线吸收光谱在辐照和非辐照样品上进行。此外，在将VOC液滴（乙醇，丙酮，丁醇等）添加到光谱仪细胞中之前和之后，根据光吸收光谱的变化进行了VOC蒸汽响应。结果，由于用离子辐照的Ag纳米颗粒聚集体中等离子体吸收带的锐化，可以显示出VOC蒸气响应的改善。此外，暴露于低压AR等离子体还可以实现等离子体吸收带的锐化。血浆发射光谱表明，低压等离子体中存在几十个电子伏特的能量的辐射到Ag纳米颗粒的表面上减少并清洁化合物纳米颗粒表面上的化合物/污染物层，并锐化了等离子头吸收带。