الغروية توليف Nanopatch هوائيات للتطبيقات في Plasmonics وبصريات النانو

الهدف العام من هذا الإجراء التجريبي هو إظهار تقنية لتصنيع هوائيات الرقعة النانوية التي يمكن أن تمكن من تفاعلات المادة الضوئية المصممة مثل التألق المعزز بقوة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في المجتمعات النانوفوتونية والبلازمونية مثل كيفية تحقيق تعزيز عالي للتألق والتحكم في العمليات الفرعية الأخرى ذات الصلة. تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أنها تتيح تصنيع الهوائيات النانوية على نطاق واسع ، حيث يمكن التحكم في حجم الميزة الحرجة على مقياس نانومتر واحد.

سيوضح هذا الإجراء ثانغ هوانغ ، زميل ما بعد الدكتوراه ، وجياني هوانغ ، طالب دراسات عليا من مختبري. ابدأ إجراء التوليف عن طريق غمس قارورة نظيفة ذات قاع دائري في حمام التدفئة ، بعمق 10 مم تقريبا في السائل. بعد ذلك ، استخدم ماصة دقيقة لوضع 10 مل من جلايكول الإيثيلين ، أو EG ، في القارورة ذات القاع المستدير.

ضع الغطاء على القارورة وانتظر لمدة 20 دقيقة. الغرض من هذه الخطوة هو تنظيف القارورة باستخدام EG. بعد 20 دقيقة ، قم بإزالة الغطاء ثم ارفع القارورة ذات القاع المستدير من حمام التدفئة. أخرج المشبك بالكامل ، لأن محلول EG ساخن.

صب 10 مل من EG في وعاء التخلص ، مع التأكد من عدم سقوط قضيب التحريك المغناطيسي. ضع القارورة مرة أخرى في حمام التدفئة. استخدم ماصة دقيقة لإضافة 5 مل من EG إلى القارورة ووضع الغطاء.

بعد الانتظار لمدة 5 دقائق، انزع الغطاء واستخدم ماصة دقيقة لوضع 60 ميكرولترا من هيدرات هيدروكبريتيد الصوديوم في القارورة. ضع الغطاء مرة أخرى وانتظر لمدة دقيقتين. بعد دقيقتين ، انزع الغطاء واستخدم ماصة دقيقة لوضع 500 ميكرولتر من محلول حمض الهيدروكلوريك في القارورة.

على الفور، استخدم ماصة دقيقة لإضافة 1.25 مل من محلول PVP إلى القارورة قبل إعادة وضع الغطاء والانتظار لمدة دقيقتين. بعد إزالة الغطاء ، استخدم ماصة دقيقة لوضع 400 ميكرولتر من محلول ثلاثي فلورو أسيتات الفضة في القارورة ، ثم ضع الغطاء مرة أخرى. انتظر لمدة 2.5 ساعة.

تتشكل المكعبات النانوية الفضية خلال هذه الخطوة. طوال هذا الوقت ، قلل من ضوء الغرفة إلى الحد الأدنى. بعد 2.5 ساعة ، أطفئ المدفأة ، لكن اترك التقليب لتجنب حرق السائل في القاع.

استخدم المشبك لرفع القارورة فوق حمام التدفئة وإزالة الغطاء. ثم قم بإزالة القارورة من حمام التدفئة للسماح لها بالتبريد بشكل أسرع. بعد حوالي 20 دقيقة ، أضف 5 مل من الأسيتون إلى القارورة.

دوامة لخلط المحاليل جيدا. في النهاية ، الحجم الإجمالي للمحلول هو 12 مل. باستخدام ماصة دقيقة، انقل المحلول النهائي إلى ثمانية أنابيب بلاستيكية أصغر سعة 1.5 مل.

الطرد المركزي هذه الأنابيب الثمانية بسرعة 5 ، 150 Gs لمدة عشر دقائق. نتيجة لذلك ، توجد جميع المكعبات النانوية الفضية في قاع الأنابيب. استخدم ماصة دقيقة لإزالة المادة الطافية العلوية، مع ترك ما يقرب من 100 ميكرولتر في قاع كل أنبوب.

ثم أضف 1 مل من الماء منزوع الأيونات في كل من هذه الأنابيب. دوامة وصوتنة الأنابيب. يتم تعليق المكعبات النانوية الآن في الماء منزوع الأيونات بشكل أساسي.

كرر خطوة إعادة التعليق بالطرد المركزي مرة أخرى. أولا ، قم بإيداع طبقة هيدروكلوريد البولي إيليلامين ، أو طبقة PAH ، عن طريق غمر الفيلم الذهبي في محلول PAH لمدة خمس دقائق. ينتج عن هذا طبقة من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات فوق الفيلم الذهبي بسمك حوالي 1 نانومتر.

بعد خمس دقائق ، اشطف الفيلم الذهبي باستخدام ماء نظيف منزوع الأيونات. توجد الآن طبقة واحدة من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات فوق الفيلم الذهبي. بعد ذلك ، اغمر الفيلم الذهبي بطبقة مفردة من الهيدروكربونات متعددة الحلقات في محلول كلوريد الصوديوم لمدة دقيقة واحدة.

بعد ذلك ، اغمر الفيلم الذهبي بطبقة PAH المفردة في محلول سلفونات البوليسترين أو PSS لمدة خمس دقائق. ينتج عن هذا طبقة PSS بسمك حوالي 1 نانومتر فوق طبقة PAH. استمر في هذه العملية لإيداع ما مجموعه خمس طبقات من البولي إلكتروليت على الفيلم الذهبي.

قم بإسقاط 100 ميكرولتر من محلول 25 ميكرومولار سياانين -5 على سطح العينة. ثم ضع زلة غطاء نظيفة فوق قطرة المحلول. سوف تندمج جزيئات السيانين -5 في طبقات البولي إلكتروليت العليا بشكل موحد.

بعد عشر دقائق ، اشطف العينة بالماء منزوع الأيونات ، وجففها باستخدام غاز النيتروجين النظيف. لتشكيل هوائيات الرقعة النانوية ، قم بتخفيف محلول المكعبات النانوية المحضرة بمقدار 100 مرة باستخدام الماء منزوع الأيونات ، لتمكين الدراسة البصرية لهوائيات الرقعة النانوية الفردية. استخدم ماصة دقيقة لوضع قطرة من 20 ميكرولترا من محلول المكعب النانوي المخفف على زلة غطاء نظيفة.

ضع العينة على اتصال مع زلة الغطاء لمدة دقيقتين. نتيجة لذلك ، يتم تثبيت المكعبات النانوية الفضية على الطبقة الطرفية العلوية من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ، لأن المكعبات النانوية المركبة هنا سالبة الشحنة ، والطبقة العلوية من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات مشحونة إيجابيا. بعد دقيقتين ، اشطف العينة بالماء منزوع الأيونات وجففها باستخدام غاز النيتروجين النظيف.

تظهر هنا صور مجهرية إلكترونية تمثيلية للمكعبات النانوية الفضية التي تم الحصول عليها من هذا الإجراء. هنا ، تم تصنيع العينة باستخدام محلول غير مخفف من المكعبات النانوية. بينما تم تخفيف العينة عشر ومائة مرة في هذه الصور.

في جميع الحالات ، لوحظت مكعبات نانوية ذات حجم موحد نسبيا ، تتميز بزوايا حادة ، بنصف قطر انحناء يبلغ حوالي 10 نانومتر. تظهر هنا التوصيفات البصرية التمثيلية لهوائيات الرقعة النانوية النهائية مع جزيئات صبغة السيانين -5 المدمجة. تظهر قياسات الانعكاس لمجموعة من هوائيات الرقعة النانوية رنين بلازمون مميز عند 650 نانومتر.

تعرض قياسات التشتت للهوائيات النانوية الفردية رنينا بنفس الطول الموجي ، ولكن بعرض أضيق. تظهر صور المجال الداكن للعينة بقعا محدودة الانعراج ذات لون أحمر موحد ، مما يشير إلى أن معظم هوائيات الرقعة النانوية لها رنين متشابه جدا بسبب التجانس الجيد في الحجم للمكعبات النانوية المصنعة. أخيرا ، لوحظ تحسين مضان كبير لجزيئات صبغة السيانين 5 المدمجة.

بمجرد إتقانها ، يمكن إكمال تقنية التصنيع هذه في غضون خمس ساعات إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجالات الضوئيات النانوية والبلامكانونية لاستكشاف التفاعل المعدني التطبيقي الأساسي والتطبيقات المحتملة في الأجهزة الإلكترونية الضوئية غير السطحية ، بما في ذلك الثنائيات الباعثة للضوء ، والعاكسات الضوئية عالية الكفاءة ، وعلوم المعلومات الكمومية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع هوائيات nanopatch باستخدام مكعبات نانوية فضية مركبة غرويا لتمكين تفاعلات الضوء والمادة المحسنة.