330 likes | 434 Views
Київський національний університет i м . Т . Шевченка Інститут високих технологій. ДАТЧИКИ ОРГАНІЧНИХ МОЛЕКУЛ НА ОСНОВІ ПОВЕРХНЕВОГО ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОННОГО РЕЗОНАНСУ І I. Під час останньої зустрічі ми обговорювали ідею застосування
E N D
Київський національний університет iм.Т. Шевченка Інститут високих технологій ДАТЧИКИ ОРГАНІЧНИХ МОЛЕКУЛ НА ОСНОВІ ПОВЕРХНЕВОГО ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОННОГО РЕЗОНАНСУ ІI
Під час останньої зустрічі ми обговорювали ідею застосування методу поверхневого плазмон поляритонного резонансу (ППР) для розробки сенсорів біологічних молекул
z E Під час останньої зустрічі ми обговорювали таке: ПОВЕРХНЕВІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
Радіаційна область ω LO s ks kSW
детектор I(,) 1 0.5 0 0 56 60 64 68 Залежність інтенсивності світла на детекторі від кута падіння за фіксованою частотою
SP free surface covered surface Δθ ІДЕЯ Змінююється стан поверхні → змінюється закон дисперсії крива поверхневого плазмон-поляритонного резонансу зсувається
Формування молекулярного покриття на робочій по-верхні ППР перетворювача Моделювання та методи обробки результатів Вплив харак-теристик ме-талічної плів-ки та підкла-динки на фор-мування ППР Особливості конструкції та застосування приладу Напрямки досліджень, що проводяться в рамках дослідницько-конструкторських робіт
Розгляд проблеми ефективного збудження та розповсюдження ППП потребував вирішення питань: підвищення адгезійних властивостей поверхні пластинки поліпшення морфології поверхні золотої плівки поліпшення стабільності роботи плівки
Вплив характеристик металічної плівки та підкладинки на формування ППР фактори, що зменшують ефективність збудження поверхневого плазмон-поляритона неідеальність поверхні поглинання світла плівкою та підкладинкою характеристики підкладинки на яку нанесено металічну плівку
Total pulse P = 0 Явище повного внутрішнього відбиття
Збудження поверхневого плазмон поляритона за схемою Кречмана Радіаційна область ω Total pulse P 0 s ks kSW ???
вузьку область хвилевих векторів поблизу і таким чином забезпечує виконання дисперсійних співвідношень Що відбувається насправді? За збудження поверхневої хвилі система вибирає з всіх просторових гармонік, що формують еванесцентну хвилю Параметри призми підбирають таким чином, щоб хвилевий вектор був якомога ближчим доksw
I(,) 1 0.5 0 0 56 60 64 68 Чим визначається ширина області значень хвилевого вектора kза збудження поверневої хвилі ? • - Процеси поглинання енергії • електромагнітного поля; • Розсіяння світла неоднорід- • ностями поверхні; • Розсяіння поверхневої хвилі • неоднорідностямив плівці; • Радіаційні втрати (хвиля не • є строго еванесцентною)
STM скан поверхні золотої плівки вздовж якої розповсюджується поверхнева хвиля
z z E E Формування радіаційної компоненти еванесцентної складової поверхневого плазмон поляритона
треба застосовувати такі технологічні процеси, що мінімізують вплив несприятливих факторів
технологічні процеси, що впливають на вищезазначені фактори • відпал золотої плівки • підбір матеріалу підкладинки • можливість застосування перехідних шарів • пасивування поверхні Пасивуванн́я поверхні мета́лів — утворення на поверхні металу захисних шарів головним чином плівок оксидів.
J І ( ) R 1,0 0,8 0,6 0,4 Скло Кварц 0,2 0,0 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Кут падіння, град. Криві ППР для плівок золота з підшаром хрома, що нанесені при температурі 200С на скляну та кварцеву підкладинки.
Au J I ( ) R 450 Au 400 350 300 250 200 Au+Cr 150 Cr+Au 100 50 0 43 44 45 46 47 48 49 50 Кут падіння, град. Адгезія золота на кварцову підкладинку NAu=0,162+i3.383 NCr+Au=0,167+i3.429 Зміна форми кривої ПППР для золотої 45 nm плівки без та з застосуванням тонкого (~ 5 nm) адгезійного шару хрому
Вплив низькотемпературного відпалу на оптичні властивості та морфологію плівки = 630 nm
Вплив низькотемпературного відпалу на оптичні властивості та морфологію плівки Залежність інтегрального розсіяння світла, за збудження ППР в тонкій плівці золота, від температури
200 С 800 С 1200 С 1500 С 2000 С АСМ – зображення поверхні золотих плівок ПППР перетворювача, що отримані за різних температур відпалу
З плином часу характеристики ППРперетворювача “пливуть”. В чому причина? Солі з розчину
Як ізолювати поверхню золота ? Вкривати поверхню сіркомісткими сполуками аліфатичні тіоли сірководень
I кут падіння (град) Резонансні ППР криві для золотих плівок без обробки (G) та підданих реакційному відпалу у парах сірководню протягом 5 (B), 10 (C), 15 (D), 20 (E) та 25 (F) годин
S S S S S S S S S S S S S S X X X X X X X X X X X X X X Au додекантіол CH3-CH2-CH2-….-CH2-CH2-HS
Величини контактного кута змочування водою () Гідрофобна поверхня характеризується кутом змочування водою~ 100. Величини кутів (102 - 104) свідчать про формування щільноупауованих моношарових покриттів, коли метильна група (CH3) розташована на поверхні плівки
Зсув мінімума ППР кривої у воді для вільної золотої поверхні та поверхні модифікованої додекантиолом
1. Виготовлення призми з кварцу або скла так, щоб поверхня характеризувалась низькими значеннями середньоквадратичної шорсткості xj x0 Схема технології отримання золотої плівки для ПППР-перетворювача 2. Поверхня кварцу очищується механічно після чого підлягає хімічній обробці, що полягає у витримуванні її в хромовій суміші (K2Cr2O7+H2SO4)
3. Промивання поверхні плівки в ультразвуковій ванні з великою кількістю дистилірованої води 4. Обробка поверхні в тліючому розряді 5. Нанесення металічної плівки, що відбувається у два етапи: – напилення тонкої плівки (1-5 nm) хрому для поліпшення адгезії поверхні до золота; – напилення плівки золота зі швидкістю 4-5 nm/s до товщини ~ 50 nm . Така швидкість напилення забезпечує максимальну щільність плівки та „гладеньку” поверхню
6. Низькотемпературний відпал плівки за температури 1200С протягом 4-5 год. 7. Сульфатація поверхні золота. – витримування золотої плівки в насичених парах сірководню при кімнатній температурі – адсорбція на поверхню плівки додекантіолу