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Las nanopartículas de oro sirven como nanomateriales plasmónicos para la fabricación de sensores ópticos y se utilizan ampliamente en la dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) o en la espectroscopia de absorción infrarroja mejorada en la superficie (SEIRA).
![Obtención de matrices de nanovarillas de oro con geometría controlada](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39552_16602309434602044.jpg)
Estudio: Modelado de arreglos de nanovarillas de oro mediante litografía ultravioleta profunda. Crédito de la foto: Gorodenkoff/Shutterstock.com
En un artículo publicado en Journal of Physical Chemistry C, se propuso un nuevo método para modelar la matriz de nanovarillas de oro en sustratos y se estudió el acoplamiento de nanovarillas de oro en campo cercano inducido por agregación. La deposición controlada de nanorods de oro basada en litografía ultravioleta (UV) profunda produjo matrices complejas de nanorods de oro.
Se utilizó microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM) en diferentes ensamblajes de nanorods de oro para estudiar el acoplamiento de campo cercano. Los resultados de PEEM mostraron diferentes eficiencias de acoplamiento de campo cercano basadas en la polarización de la luz incidente, los ángulos y las distancias entre partículas entre las nanovarillas de oro. Aquí, los puntos calientes de campo cercano se han relacionado con la brecha entre las partículas.
ensamblaje de nanopartículas
Las nanopartículas han encontrado aplicaciones potenciales en óptica, electrónica y catálisis. Dos direcciones principales de investigación en este campo son la síntesis y la autoorganización de nanopartículas. Entre las muchas formas disponibles, las nanopartículas anisotrópicas, como las nanovarillas de oro, se destacan por la facilidad con la que se pueden ajustar sus resonancias de plasmones de superficie localizadas ajustando químicamente la relación de aspecto de las nanopartículas. Este control geométrico permite una adaptación precisa de la longitud de onda de excitación deseada e incluso lograr la monodispersidad óptica.
La interacción entre las nanopartículas y la luz produce propiedades eléctricas y ópticas específicas que son útiles en la obtención de imágenes y otras aplicaciones industriales. Las oscilaciones de electrones deslocalizados coherentes en la interfaz metal-luz y las resonancias de plasmones de superficie localizadas (LSPR) son fenómenos clave basados en interacciones nanopartículas-luz.
Tales interacciones se pueden estudiar a nanoescala utilizando microscopía electrónica de modo de pérdida de energía de electrones (EELS), microscopía de catodoluminiscencia, microscopía electrónica fotoinducida de campo cercano (PINEM) o PEEM.
PEEM es un esquema de «entrada de fotones/salida de electrones» basado en la interacción en el que el rendimiento de la fotoemisión aumenta en función del campo electromagnético cercano. La investigación de campo cercano de nanomateriales fue seguida por PEEM. La optimización del acoplamiento de campo cercano requiere un mejor control sobre el proceso de ensamblaje de las nanopartículas.
Aunque se han informado varios métodos de ensamblaje, incluida la funcionalización de la superficie, el autoensamblaje asistido por solventes y las trampas de embudo fabricadas por litografía, estos métodos requieren el control de la distancia entre las partículas en la nanoescala y el patrón bidimensional (2D) en la microescala.
Litografía ultravioleta profunda para modelar matrices de nanovarillas de oro
En el presente trabajo, la litografía ultravioleta profunda se combinó con condiciones de deposición adecuadas para depositar nanovarillas de oro funcionalizadas en obleas de silicio y lograr conjuntos de nanovarillas de oro con geometrías controladas. Posteriormente, el uso de PEEM en depósitos preparados caracterizó la fotoemisión de diferentes tipos de nanobarras de oro, desde objetos individuales hasta grandes agregados.
Se han adoptado dos métodos de deposición, recubrimiento por goteo y por rotación, para depositar nanovarillas de oro sobre sustratos. En el método de las gotas, las nanovarillas de oro se colocaron en una oblea de silicio cerca del frente de evaporación de las gotas, que difería en función de la orientación relativa del frente de evaporación con respecto a las cintas hidrofílicas, lo que indica la influencia de la funcionalización de la superficie del sustrato en el ensamblaje de nanopartículas.
El método de las gotas resultó en la agregación de nanovarillas de oro alargadas y nanovarillas de oro multicapa en algunas partes de los ensamblajes. Aquí, la evaporación no homogénea condujo a defectos locales, lo que indica la sensibilidad de la agregación de nanopartículas a la tasa de evaporación del solvente.
Además, el método de recubrimiento por rotación se ha optimizado para combatir el problema de los defectos locales obtenidos por el método de las gotas. Se observó que el método de recubrimiento por rotación mejoró significativamente la deposición de nanovarillas de oro al mejorar la selectividad de la deposición y la naturaleza de la monocapa.
Mientras que el método de las gotas dio como resultado sustratos con una alta densidad de nanovarillas de oro, el proceso de recubrimiento por rotación aumentó la selectividad de la deposición y la naturaleza monocapa. Además, desde un punto de vista geométrico, las nanovarillas de oro simples y diméricas fueron los componentes básicos de los agregados de nanovarillas de oro.
El ensamblaje de nanorods de oro es crucial para diseñar metamateriales eficientes con propiedades únicas. La distribución de campo cercano fue la característica de la resonancia de plasmón dipolar con puntos calientes de campo eléctrico observados en una unión particular. Por ejemplo, se han observado los puntos calientes en los extremos de las nanovarillas de oro individuales.
Conclusión
En resumen, se demostró un nuevo método para ensamblar nanobarras de oro (nanopartículas) en la superficie de sustratos (obleas de silicio). Aquí, la funcionalización de nanobarras de oro con polielectrolitos ayudó en su adsorción en tiras hidrofílicas de la superficie modificada.
En el presente trabajo, se investigaron dos métodos de deposición de nanopartículas, a saber, el recubrimiento por rotación y la evaporación de gotas. Entre ellos, el proceso de deposición basado en spin-coating maximizó la selectividad y la naturaleza monocapa de los agregados.
El ensamblaje de nanorods de oro es crucial para diseñar metamateriales eficientes con propiedades sobresalientes. Además, el comportamiento de campo cercano electromagnético de las nanopartículas está directamente relacionado con su orden agregado. La observación de diferentes tipos de nanovarillas de oro (monómeros/dímeros/agregados) bajo PEEM y simulación electromagnética ayudó a caracterizar la óptica de campo cercano de los ensamblajes de nanovarillas de oro.
Relación
Jégat C, Rollin E, Douillard L, Soppera O, Nakatani K, Laurent G et al. (2022). Patrones de matrices de nanovarillas de oro mediante litografía ultravioleta profunda. El Diario de Química Física C. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.2c03047
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