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。

在这项研究中，我们展示了放置在良好控制环境中的银纳米颗粒（Ag NP）的化学稳定性以及恢复和保持高强度LSPR的可能性，并在特殊纹理的玻璃基板上对其进行了表面改性。排列成三维高密度阵列。目的是通过实际创建可承受实际使用的高灵敏度 VOC 传感器来证明该方法（银纳米颗粒表面改性和特殊基材处理）的实用性。第二个目标是阐明首席研究员发现的等离子体暴露引起的纳米粒子表面清洁机制和离子束诱导玻璃变形机制，并获得学术知识。今年，我们的重点是银纳米颗粒的表面改性。通过直流溅射沉积在透明石英板上制备银纳米粒子聚集体（Ag NPs/SiO2），并在真空中保存7天。 Ag NPs/SiO2 用 30 keV He 离子辐照。对辐照和未辐照的样品进行紫外-可见光吸收光谱分析。此外，通过将VOC液滴（乙醇、丙酮、丁醇等）滴入光谱仪池之前和之后光学吸收光谱的变化来评估VOC蒸气响应性。结果，我们能够证明，在离子辐照的银纳米颗粒聚集体中，由于等离激元吸收带的锐化，VOC 蒸气响应性得到改善。此外，等离子体吸收带可以通过暴露于低压Ar等离子体而变得尖锐。等离子体发射光谱法的结果是，通过用存在于低压等离子体中的数十电子伏特能量的电子照射Ag纳米颗粒表面，导致等离子体吸收，Ag纳米颗粒表面上的化合物/污染物层被还原和净化。结论是乐队变得更加尖锐。