Μονάδα:
Κατεύθυνση Φυσική των Υλικών (ΒΑΣΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ)Βιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2019-05-20
Συγγραφέας:
Παπαδάκης Δημήτριος
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Βλάσης Λυκοδήμος, επίκουρος καθηγητής, τμήμα Φυσικής, ΕΚΠΑ
Νικόλαος Στεφάνου, καθηγητής, τμήμα Φυσικής, ΕΚΠΑ
Εμμανουήλ Συσκάκης, επίκουρος καθηγητής, τμήμα Φυσικής, ΕΚΠΑ
Πρωτότυπος Τίτλος:
Ενίσχυση σκέδασης Raman σε φωτονικούς κρυστάλλους TiO2 τροποποιημένους με νανοκολλοειδή οξειδίου γραφενίου
Γλώσσες εργασίας:
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Ενίσχυση σκέδασης Raman σε φωτονικούς κρυστάλλους TiO2 τροποποιημένους με νανοκολλοειδή οξειδίου γραφενίου
Περίληψη:
Το φαινόμενο επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (Surface Enhanced Raman Scattering–SERS) αποτελεί μία ιδιαιτέρα ευαίσθητη αναλυτική μέθοδο που δίνει τη δυνατότητα ανίχνευσης και απεικόνισης οργανικών ουσιών έως το επίπεδο ενός απλού μορίου. Παρά τον υψηλό παράγοντα ενίσχυσης που επιτυγχάνεται μέσω του εντοπισμένου επιφανειακού πλασμονικού συντονισμού νανοδομημένων μετάλλων, τα αντίστοιχα υποστρώματα SERS χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος, μικρή σταθερότητα, χαμηλή βιοσυμβατότητα και αδυναμία επαναχρησιμοποίησης. Η ανάπτυξη διηλεκτρικών υποστρωμάτων SERS ημιαγωγών με κατάλληλα διαμορφωμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά και ηλεκτρονικές ιδιότητες προσελκύει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια ως μια υποσχόμενη εναλλακτική προσέγγιση σε σχέση με τα συμβατικά μεταλλικά υποστρώματα, ιδιαίτερα σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται υψηλή ευαισθησία.
Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η εφαρμογή επιφανειακά τροποποιημένων φωτονικών κρυστάλλων TiO2 με νανοκολλοειδή γραφενίου (nanoGO) ως αποδοτικά υποστρώματα SERS απουσία πλασμονικής ενίσχυσης. Μελετήθηκαν φωτονικοί κρύσταλλοι TiO2 με τη μορφολογία αντιστρόφου οπαλίου τριών διαφορετικών διαμέτρων με φωτονικά χάσματα 435, 502, και 646 nm για την ανίχνευση του πρότυπου αναλύτη κυανού του μεθυλενίου με διέγερση laser στα 488, 514, 633 και 785 nm. Την καλύτερη απόδοση παρουσίασε ο φωτονικός κρύσταλλος με χάσμα στα 435 mn για τα laser μήκους κύματος 488 και 514 nm λόγω του συντονισμού της συχνότητας διέγερσης με την περιοχή αργών φωτονίων, όπου η αργή διάδοση του προσπίπτοντος φωτός έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία πολλαπλών ανακλάσεων στα νανοκρυσταλλικά τοιχώματα τιτανίας στα οποία βρίσκονται προσροφημένα τα μόρια αναλύτη και την αύξηση του σήματος Raman. Επιπρόσθετη συνεισφορά παρατηρήθηκε μέσω της χημικής αλληλεπίδρασης μεταξύ του αναλύτη και υποστρώματος TiO2. Επιφανειακή τροποποίηση των φωτονικών κρυστάλλων TiO2 με νανοφύλλα GO είχε ως αποτέλεσμα τη δραστική αύξηση της απόδοσης SERS κατά μια τάξη μεγέθους υποδεικνύοντας σημαντική συνέργεια μεταξύ GO και φωτονικών κρυστάλλων TiO2. Η ενίσχυση αυτή μπορεί να συσχετιστεί με την αυξημένη προσρόφηση μορίων του αναλύτη μέσω επιφανειακών ομάδων οξυγόνου και της σύζευξης π-π στην επιφάνεια του υποστρώματος αλλά και μέσω της διεπιφανειακής μεταφοράς φορτίου μεταξύ GO και του συστήματος χρωστική-TiO2. Συνδυάζοντας τους παραπάνω μηχανισμούς ενίσχυσης, η ελάχιστη συγκέντρωση MB που εντοπίστηκε ήταν 710-7 Μ στα 514 nm, από τις χαμηλότερες που έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία στην ανίχνευση SERS του κυανού του μεθυλενίου με διηλεκτρικά υποστρώματα. Η τροποποίηση φωτονικών κρυστάλλων TiO2 με κατάλληλα νανοϋλικά, όπως το οξείδιο του γραφενίου, ανοίγει σημαντικές προοπτικές για την ανάπτυξη αποδοτικών, ανακυκλώσιμων, φιλικών προς το περιβάλλον υποστρωμάτων SERS χαμηλού κόστους, με δυνατότητα αυτό-καθαρισμού μέσω του μηχανισμού της φωτοκατάλυσης.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
Φασματοσκοπία Raman, φαινόμενο SERS, φωτονικοί κρύσταλλοι, διοξείδιο του τιτανίου, οξείδιο γραφενίου
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
2
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
35
