متحسس النانو بلازموني بواسطة استخدام طبقات نانوية متعددة
Nanoplasmonic Sensing Using Multilayers Nanostructure
- الباحث
- عباس علي ثجيل
- المشرف
- محمد عبدالستار إبراهيم - ضحى سعدي أحمد
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم العلوم التطبيقية / تطبيقات وتكنولوجيا الليزر
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Nanoplasmonic Sensing ; Multilayer Nanostructure ; Surface Plasmon ; Sensors
الملخص
يواجه مستقبل المتحسسات والكواشف اللتي تعتمد في عملها على الخصائص البلازمونية تحديات كبيرة تتلخص في طرق تحضير المواد النانوية والسيطرة عليها واللتي عادة تتطلب تقنيات تحضير سريعة ومنخفضة التكلفة إضافة الى الإنتاجية العالية. يعتبر التلدين بواسطة الليزر اداة منقطعة النظير من حيث معالجة سطوح المعادن والاغشية المعدنية الرقيقة المستخدمة في التطبيقات البلازمونية. يمكن تقسيم النتائج في هذه الرسالة إلى قسمين رئيسيين: درس القسم الأول الاستشعار النانوي ، بناءً على امتصاص الرنين البلازموني لفيلم الذهب النانوي الرقيق غير المنتظم الشكل ، claw ابتدائي يبلغ حوالي 15 نانومتر (+ 3 نانومتر) مرسب على شرائح كوارتز ، لمراقبة متغيرات معامل انكسار غشاء رقيق من Bale أوكسيد السيريوم CeO, NPS aly) متوسط قطرها 50 نانومتر) بسماكات مختلفة للاغشية (90 نانومتر ، 146 نانومتر ، 172 نانومتر ، 196 نانومتر). تُظهر زيادة سماكة الغشاء لفيلم CeO, NPs المرسب بطريقة Spin casting مع ترسيب طبقة تلو الأخرى على Lie الذهب Au ، انزياحًا في طيف امتصاص الرنين البلازموني لغشاء الذهب نحو الاطوال الموجية الطويلة ، من 580 نانومتر إلى 611 نانومتر. ترتبط هذه الزيادة بالتغير في البنية المجهرية لغشاء السيريوم اوكسايد والذي يدل على تغير في معامل الانكسار. تم تسجيل حساسية معامل الانكسار السطحي من 437.5 نانومتر / RIU مع FOM من استخدم القسم الثاني ليزر GIS CW CO) طول موجي 10.6 ميكرومتر وقدرة تصل الى 15 واطاء لإعادة بناء السطح لأغشية Au الرقيقة ، بسمك أولي للغشاء تبلغ 15 نانومتر (+ 3 نانومتر) مرسب على شرائح كوارتز واللتي تعمل كمنصات استشعار بلازموني. تم استكشاف تأثير معلمتين رئيسيتين لليزر بواسطة صور AFM على خصائ غشاء الذهب وهما ؛ كثافة الطاقة حيث تم تسجيل أفضل نتيجة عند 11.7 واط / cau متوسط نطاق الحجم 110 نانومتر 5 FWHM 42 نانومتر وسرعة المسح تم تسجيل افضل نتيجة عند 0.5 مم / ثانية، متوسط نطاق الحجم 77 نانومتر 5 FWHM 44 نانومتر. تمت أيضًا دراسة التلدين الحراري لأغشية Au ذات البنية النانوية بواسطة الفرن الكهربائي ٠ عند 600 درجة مئوية ، تم تسجيل Lau sis حجم النطاق 116 نانومتر 5 FWHM 41 نانومتر. تُستخدم قياسات خصائص التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV-Vis) لمراقبة تغيرات الامتصاص البصري المستحث بالبلازمونيك مع ظروف تجريبية مختلفة. تم بعد ذلك استخدام الأغشية النانوية Au الملدنة السطحية كركيزة استشعار ESI plasmonic عن تباين حجم وكثافة Ag NPs ، المصنّعة عن طريق الاستئصال بليزر 3786 Nd: النبضي ، مع مدة نبضة 7 نانوثانية ، في الماء المقطر بطول موجي 1064 نانومتر و طاقات ليزر مختلفة ، مضمنة في Sale عازلة رقيقة معالجة بالمحلول (CeO, NPs) لتشكيل مركب من مادة أوكسيد السيريوم ودقائق الفضة النانوية. يُظهر هيكل الاستشعار البلازموني المحضر ULES) رائعًا لتغير تركيز وحجم Ag NPs ينعكس من خلال تحول كبير في امتصاص الرنين البلازموني لغشاء الذهب النانوي مع طاقة الاجتثاث بالليزر عند عدد ثابت من النبضات 50 (50 هرتز). هيكل المستشعر هذا متعدد الاستخدامات ويمكن استخدامه لاستشعار ومراقبة مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد والمواد الكيميائية.
Abstract
The future of the plasmonic devices is heavily challenged by the nanoconstruction schemes of metals which often requires rather fast, low- cost, and high-throughput fabrication techniques. Laser annealing is considered to be an unrivaled tool for surface manipulation of thin metallic films, especially with functional plasmonic devices of pre-determined morphology. The work in this thesis can be divided into two main sections: The first section studied the Nanoplasmonic sensing, based on the plasmonic resonance absorption of thin, irregularly-shaped Au nanostructures film, with a starting thickness of about 15 nm (±3 nm) sputtered on a quartz substrate, to monitor the CeO2 NPs (with an average diameter of 50 nm) film refractive index variations at different film thicknesses (90 nm, 146 nm, 172 nm, and 196 nm). Increasing the film thickness of solution-processed CeO2 NPs film, with layer-by-layer deposition on top of Au nanostructures, shows a significant redshift in the plasmonic resonance absorption of the plasmonic metal, from 580 nm to 611 nm. Such increase is related to the change in the building microstructure of the semiconductor’s film which is reflected in changing its refractive index. Plasmonic surface refractive index sensitivity of 437.5 nm/RIU with FOM of 4.2 has been recorded. The second section utilized a commercial CW CO2 laser, the wavelength of 10.6 μm and optimal power of 15W, to the surface reconstruction of thin Au films, with an initial film thickness of 15 nm (±3 nm) sputtered on quartz substrates, as plasmonic sensing platforms. The effect of two main laser parameters by AFM images on the Au film morphology has been explored namely; power density The best result was scored when 11.7 W/cm2 Average size range 110 nm FWHM 42 nm and scanning speed when 0.5 mm/sec Average size range 77 nm FWHM 44 nm has been recorded. Thermal annealing of Au nanostructured films by the electrical furnace is also been studied, at 600 oC Average size range of 116 nm FWHM 41 nm has been recorded. UV-Visible (UV-Vis) spectroscopy characterization measurements are utilized to monitor the plasmonic-induced optical absorption changes with different experimental conditions. Surface annealed Au nanofilms were then be used as a plasmonic sensing substrate to detect the size and density variation of Ag NPs, fabricated by pulsed Nd: YAG laser ablation, with a pulse duration of 7 n sec, in DI water with a wavelength of 1064 nm and different laser energies, imbedded in a solution-processed thin semiconductor material (CeO2 NPs) to form a composite film. Our plasmonic sensing structure shows a remarkable detection of variable concentrations of Ag NPs reflected by a significant red-shift in the plasmonic resonance absorption of Au nanostructures with laser ablation energy at a fixed number of pulses of 50 (50 Hz). This sensor structure is versatile and can be utilized to sense and monitor a large variety of materials and chemicals.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.