A ablação ultrarrápida a laser em líquido é uma técnica precisa e versátil para sintetizar nanomateriais (nanopartículas [NPs] e nanoestruturas [NSs]) em ambientes líquido/ar. Os nanomateriais ablados a laser podem ser funcionalizados com moléculas Raman-ativas para aumentar o sinal Raman de analitos colocados sobre ou perto dos NSs/NPs.
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Artigo de método
Nanopartículas e nanoestruturas ultrarrápidas abladas a laser para aplicações de sensoriamento baseado em espalhamento Raman aprimorado por superfície
Neste artigo
Resumo
Resumo
A técnica de ablação a laser ultrarrápida em líquidos evoluiu e amadureceu na última década, com várias aplicações iminentes em vários campos, como sensoriamento, catálise e medicina. A característica excepcional desta técnica é a formação de nanopartículas (coloides) e nanoestruturas (sólidos) em um único experimento com pulsos de laser ultracurtos. Temos trabalhado nesta técnica nos últimos anos, investigando seu potencial usando a técnica de espalhamento Raman aprimorado por superfície (SERS) em aplicações de sensoriamento de materiais perigosos. Substratos ultrarrápidos ablados-a laser (sólidos e coloides) podem detectar várias moléculas de analitos nos níveis traços/forma de mistura, incluindo corantes, explosivos, pesticidas e biomoléculas. Aqui, apresentamos alguns dos resultados alcançados usando as metas de Ag, Au, Ag-Au e Si. Otimizamos as nanoestruturas (NSs) e nanopartículas (NPs) obtidas (em líquidos e ar) usando diferentes durações de pulso, comprimentos de onda, energias, formas de pulso e geometrias de escrita. Assim, vários NSs e NPs foram testados quanto à sua eficiência em detectar numerosas moléculas de analitos usando um espectrômetro Raman simples e portátil. Essa metodologia, uma vez otimizada, abre caminho para aplicações de sensoriamento em campo. Discutimos os protocolos em (a) síntese dos NPs/NSs via ablação a laser, (b) caracterização dos NPs/NSs e (c) sua utilização nos estudos de sensoriamento baseados em SERS.
Introdução
A ablação a laser ultrarrápida é um campo em rápida evolução de interações laser-material. Pulsos de laser de alta intensidade com durações de pulso na faixa de femtossegundo (fs) a picossegundo (ps) são usados para gerar ablação precisa do material. Em comparação com os pulsos de laser de nanossegundos (ns), os pulsos de laser ps podem aplacar materiais com maior precisão e exatidão devido à sua menor duração de pulso. Eles podem gerar menos danos colaterais, detritos e contaminação do material ablado, devido a menos efeitos térmicos. No entanto, os lasers ps são tipicamente mais caros do que os lasers ns e precisam de conhecimentos especializados para operação e man....
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Protocolo
Um fluxograma de protocolo típico da aplicação de NPs ou NSs ablados ultrarrápidos na detecção de traços de moléculas via SERS é mostrado na Figura 1A.
1. Sintetizando NPs/NSs metálicos
NOTA: Dependendo do requisito/aplicação, escolha o material alvo, o líquido circundante e os parâmetros de ablação a laser.
Aqui:
Materiais alvo: Ag
Líquido circundante: 10 mL de DI
Parâmetros do laser: 355/532/1064 nm; 30 PS; 10 Hz; 15 mJ
Lente de focagem: Lente plano-convexa (distância focal: 10 cm)
Parâmetros do estágio: 0,1 mm/s ao longo das direções X e Y....
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Resultados
NPs de prata foram sintetizadas via ablação a laser ps na técnica líquida. Aqui, um sistema de laser ps com uma duração de pulso de ~30 ps operando a uma taxa de repetição de 10 Hz e com um comprimento de onda de um de 355, 532 ou 1.064 nm foi usado. A energia de entrada do pulso foi ajustada para 15 mJ. Os pulsos de laser foram focalizados utilizando-se uma lente plano-convexa com distância focal de 10 cm. O foco do laser deve estar exatamente na superfície do material durante a ablação a laser, pois a energia .......
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Discussão
Na limpeza por ultrassom, o material a ser limpo é imerso em um líquido e ondas sonoras de alta frequência são aplicadas ao líquido usando um limpador ultrassônico. As ondas sonoras provocam a formação e implosão de minúsculas bolhas no líquido, gerando intensa energia e pressão local que desalojam e removem sujeira e outros contaminantes da superfície do material. Na ablação a laser, um polarizador de Brewster e uma combinação de placas de meia-onda foram usados para sintonizar a energia do laser; O polarizador é tipica.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Agradecemos à Universidade de Hyderabad pelo apoio através do projeto do Instituto de Eminência (IoE) UOH/IOE/RC1/RC1-2016. A concessão IoE obteve a notificação F11/9/2019-U3(A) do MHRD, Índia. DRDO, Índia é reconhecida pelo apoio financeiro através da ACRHEM [[#ERIP/ER/1501138/M/01/319/D(R&D)]. Agradecemos à Escola de Física, UoH, pela caracterização FESEM e instalações de DRX. Gostaríamos de estender nossa sincera gratidão ao Prof. SVS Nageswara Rao e seu grupo por sua valiosa colaboração, contribuições e apoio. Gostaríamos de expressar nosso agradecimento aos membros do laboratório passados e atuais, Dr. P Gopala Krishna, Dr. Hamad Syed, Dr. Chandu Byram, Sr. S Sam....
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Ligas | Local goldsmith | N/A | 99% puro |
| Axicon | Thorlabs | N/A | 100, gama IR, revestido AR, AX1210-B |
| Etanol | Supelco, Índia | CAS No. 64-17-5 | |
| Femtosecond laser | femtosecond (fs) amplificador a laser Libra HE, Duração de | N / A | 50 fs; comprimento de onda 800 nm; Taxa de rep 1 KHz; Energia de pulso: 4 mJ |
| FESEM | Carl ZEISS, Ultra 55 | N/A | |
| Gatan DM3 | www.gatan.com | Gatan Microscopy Suite 3.x | |
| Gold target | Sigma-Aldrich, Índia | 99% puro | |
| HAuCl4.3H2O | Sigma-Aldrich, Índia | CAS No. 16961-25-4 | |
| Estágios de translação de alta resolução | Newport SPECTRA PHYSICS GMBI | N/A | M-443 Estágio linear de rolamento de esferas de baixo perfil de alto desempenho; O palco tem apenas 1 polegada de altura e 2 polegadas de curso. |
| Micro Raman | Horiba LabRAM | N/A | Grade-1.800 e 600 ranhuras/mm; Comprimento de onda de excitação-785 nm,632 nm, 532 nm, 325 nm; Objetivos 10x, 20x, 50x, 100x; Detector CCD |
| Espelhos | Edmund Optics | N/A | Espelhos adequados para comprimento de onda específico do laser |
| Controlador de movimento | NEWPORT SPECTRA PIYSICS GMBI | N/A | ESP300 Controlador-3 eixos controle |
| Origem | www.originlab.com | Origem 2018 | |
| Laser de picossegundos | EKSPLA 2251 | N/A | Duração de pulso 30ps; comprimento de onda 1064 nm, 532 nm, 355 nm; Taxa de repetições 10 Hz; Energia de pulso: 1,5 a 30 mJ |
| planoconvexa | N/A | distância focal 10 cm | |
| Raman portátil | i-Raman plus, B& W Tek, EUA | N/A | 785 nm, ~ 100 µ M Ponto de Laser excitação e coleta de sonda de fibra óptica |
| Bolacha de silício | Macwin India Ltd. | 1– 10 Ω-cm, p (100)-tipo | |
| sal de prata (AgNO3) | Finar, Índia | CAS No. 7783-90-6 | |
| Alvo de prata | Sigma-Aldrich, Índia | CAS NO 7440-22-4 | 99% puro |
| TEM | Tecnai TEM | N/A | |
| Redes TEM | Sigma-Aldrich, Índia | TEM-CF200CU | Grade de Cobre Revestida com Carbono 200 mesh |
| Thiram | Sigma-Aldrich, Índia | CAS No. 137-26-8 | |
| UV | Jasco V-670 | N/A | |
| XRD | Avanço Bruker D8 N | /A |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
