L'ablazione laser ultraveloce in liquido è una tecnica precisa e versatile per la sintesi di nanomateriali (nanoparticelle [NP] e nanostrutture [NS]) in ambienti liquidi/aria. I nanomateriali sottoposti ad ablazione laser possono essere funzionalizzati con molecole Raman-attive per migliorare il segnale Raman degli analiti posizionati sopra o vicino alle NS/NP.
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Articolo metodologico
Nanoparticelle e nanostrutture ultraveloci ad ablazione laser per applicazioni di rilevamento basate sullo scattering Raman potenziato dalla superficie
In questo articolo
Sommario
Abstract
La tecnica dell'ablazione laser ultraveloce nei liquidi si è evoluta e maturata nell'ultimo decennio, con diverse applicazioni imminenti in vari campi come il rilevamento, la catalisi e la medicina. La caratteristica eccezionale di questa tecnica è la formazione di nanoparticelle (colloidi) e nanostrutture (solidi) in un unico esperimento con impulsi laser ultracorti. Abbiamo lavorato su questa tecnica negli ultimi anni, studiando il suo potenziale utilizzando la tecnica di diffusione Raman potenziata dalla superficie (SERS) in applicazioni di rilevamento di materiali pericolosi. I substrati ultraveloci sottoposti ad ablazione laser (solidi e colloidi) potrebbero rilevare diverse molecole di analita a livelli di tracce/forma di miscela, tra cui coloranti, esplosivi, pesticidi e biomolecole. Di seguito, presentiamo alcuni dei risultati ottenuti utilizzando gli obiettivi di Ag, Au, Ag-Au e Si. Abbiamo ottimizzato le nanostrutture (NS) e le nanoparticelle (NP) ottenute (nei liquidi e nell'aria) utilizzando diverse durate di impulso, lunghezze d'onda, energie, forme di impulso e geometrie di scrittura. Pertanto, vari NS e NP sono stati testati per la loro efficienza nel rilevare numerose molecole di analita utilizzando un semplice spettrometro Raman portatile. Questa metodologia, una volta ottimizzata, apre la strada alle applicazioni di rilevamento sul campo. Discutiamo i protocolli in (a) sintesi delle NP/NS tramite ablazione laser, (b) caratterizzazione di NP/NS e (c) loro utilizzo negli studi di rilevamento basati su SERS.
Introduzione
L'ablazione laser ultraveloce è un campo in rapida evoluzione delle interazioni laser-materiale. Gli impulsi laser ad alta intensità con durate di impulso nell'intervallo da femtosecondi (fs) a picosecondi (ps) vengono utilizzati per generare un'ablazione precisa del materiale. Rispetto agli impulsi laser a nanosecondi (ns), gli impulsi laser ps possono ablare i materiali con maggiore precisione e accuratezza grazie alla loro minore durata dell'impulso. Possono generare meno danni collaterali, detriti e contaminazione del materiale ablato a causa di minori effetti termici. Tuttavia, i laser ps sono in genere più costosi dei laser ns e richiedono competenze specializza....
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Protocollo
Nella Figura 1A è mostrato un tipico diagramma di flusso del protocollo dell'applicazione di NP o NS ablate ultraveloci nella rilevazione di tracce di molecole tramite SERS.
1. Sintesi di NP/NS metalliche
NOTA: A seconda del requisito/applicazione, scegliere il materiale target, il liquido circostante e i parametri di ablazione laser.
Qui:
Materiali di destinazione: Ag
Liquido circostante: 10 mL di DI
Parametri laser: 355/532/1064 nm; 30 CV; 10 Hz; 15 mJ
Lente di messa a fuoco: Lente piano-convessa (lunghezza focale: 10 cm)
Parametri dello st....
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Risultati
Le NP d'argento sono state sintetizzate tramite ablazione laser ps in tecnica liquida. In questo caso, è stato utilizzato un sistema laser ps con una durata dell'impulso di ~30 ps operante a una frequenza di ripetizione di 10 Hz e con una lunghezza d'onda di 355, 532 o 1.064 nm. L'energia dell'impulso in ingresso è stata regolata a 15 mJ. Gli impulsi laser sono stati focalizzati utilizzando una lente piano-convessa con una lunghezza focale di 10 cm. La messa a fuoco del laser dovrebbe essere esattamente sulla su.......
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Discussione
Nella pulizia ad ultrasuoni, il materiale da pulire viene immerso in un liquido e onde sonore ad alta frequenza vengono applicate al liquido utilizzando un pulitore ad ultrasuoni. Le onde sonore provocano la formazione e l'implosione di minuscole bolle nel liquido, generando un'intensa energia e pressione locale che rimuovono e rimuovono lo sporco e altri contaminanti dalla superficie del materiale. Nell'ablazione laser, sono stati utilizzati un polarizzatore Brewster e una combinazione di piastre a semionda per sintoniz.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Ringraziamo l'Università di Hyderabad per il supporto attraverso il progetto dell'Institute of Eminence (IoE) UOH/IOE/RC1/RC1-2016. La sovvenzione IoE ha ottenuto la notifica F11/9/2019-U3(A) dall'MHRD, India. DRDO, India è riconosciuta per il sostegno finanziario attraverso ACRHEM [[#ERIP/ER/1501138/M/01/319/D(R&D)]. Ringraziamo la Scuola di Fisica, UoH, per la caratterizzazione FESEM e le strutture XRD. Vorremmo estendere la nostra sincera gratitudine al Prof. SVS Nageswara Rao e al suo gruppo per la loro preziosa collaborazione, i loro contributi e il loro supporto. Vorremmo esprimere il nostro apprezzamento ai membri del laboratorio passati e presenti, il dottor P....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Leghe | Orafo locale | N/A | 99% puro |
| Axicon | Thorlabs | N/A | 100, gamma IR, rivestito AR, AX1210-B |
| Etanolo | Supelco, India | CAS n. 64-17-5 | |
| Laser | a femtosecondi femtosecondi (fs) amplificatore laser Bilancia HE, Coerente | N/A | Durata dell'impulso 50 fs; lunghezza d'onda 800 nm; Tasso di rep 1 KHz; Energia dell'impulso: 4 mJ |
| FESEM | Carl ZEISS, Ultra 55 | N/A | |
| Gatan DM3 | www.gatan.com | Gatan Microscopy Suite 3.x | |
| Bersaglio in oro | Sigma-Aldrich, India | ||
| HAuCl4.3H2O | Sigma-Aldrich, India | N. CAS 16961-25-4 | |
| Stadi di traslazione ad alta risoluzione | Newport SPECTRA PHYSICS GMBI | N/A M-443 | Stadio lineare con cuscinetti a sfere a basso profilo ad alte prestazioni; Il palco è alto solo 1 pollice e ha 2 pollici di corsa. |
| Micro Raman | Horiba LabRAM | N/A | Reticolo-1.800 e 600 scanalature/mm; Lunghezza d'onda dell'eccitazione-785 nm, 632 nm, 532 nm, 325 nm; Obiettivi 10x, 20x, 50x, 100x; Rivelatore CCD |
| Specchi | Edmund Optics | N/A | Specchi adatti per lunghezza d'onda specifica del laser |
| Controllore di movimento | NEWPORT SPECTRA PIYSICS GMBI | N/A | ESP300 Controller-Controllo a 3 assi |
| Origine | www.originlab.com | Origine 2018 | |
| Laser a picosecondi | EKSPLA 2251 | N/A | Durata del polso 30ps; lunghezza d'onda 1064 nm, 532 nm, 355 nm; Frequenza di ripetizione 10 Hz; Energia dell'impulso: da 1,5 a 30 mJ |
| planoconvessa | N/A | Lunghezza focale 10 cm | |
| Raman portatile | i-Raman plus, B& W Tek, USA | N/A | 785 nm, ~ 100 µ m punto laser eccitazione e raccolta di sonde in fibra ottica |
| wafer di silicio | Macwin India Ltd. | 1– 10 Ω-cm, p (100)-tipo | |
| Sale d'argento (AgNO3) | Finar, India | N. CAS 7783-90-6 | |
| Obiettivo d'argento | Sigma-Aldrich, India | CAS NO 7440-22-4 | 99% |
| puro TEM | Tecnai TEM | N/A | |
| TEM griglie | Sigma-Aldrich, India | TEM-CF200CU | Rame Griglia Rivestita in carbonio 200 mesh |
| Thiram | Sigma-Aldrich, India | CAS No. 137-26-8 | |
| UV | Jasco V-670 | N/A | |
| XRD | Bruker D8 anticipo | N/A |
Riferimenti
- Theerthagiri, J., et al. Fundamentals and comprehensive insights on pulsed laser synthesis of advanced materials for diverse photo-and electrocatalytic applications. Light: Science & Applications. 11 (1), 250(2022).
- Byram, C., et al.
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Ristampe e permessi
