Многофункциональный Hybrid Fe ₂ O ₃ Аи Наночастицы для эффективного Плазмонное Обогрев

Общая цель данного исследования заключается в том, чтобы изучить свойства нового класса многофункциональных наночастиц оксида железа и золота, полученных с помощью влажного химического подхода, и показать, как они могут эффективно преобразовывать свет в тепло с помощью плазмонных эффектов. Одним из способов снижения затрат, связанных с наночастицами благородных металлов для промышленного применения, является создание более дешевых альтернатив, которые имеют те же свойства при меньшей стоимости. Например, наночастицы оксида железа и золота могут фототермически нагревать водные растворы так же эффективно, как наночастицы чистого золота, сохраняя при этом исходные свойства последних.

Благодаря своей низкой стоимости и уникальным свойствам наши наночастицы могут быть использованы для таких приложений, как фототермические манипуляции AnaLight, биомедицинская визуализация и зондирование, аналитическая обработка и магнитное зондирование. Чтобы начать эту процедуру, приготовьте 25 миллиМоляр стоковый раствор оксида железа в деионизированной воде. Добавьте 10 миллилитров деионизированной воды и мешалку в коническую колбу объемом 25 миллилитров.

Поместив колбу на нагревательный блок, добавьте 100 микролитров исходного раствора оксида железа и нагревайте смесь, помешивая, в течение примерно пяти минут. Далее приготовьте 10 миллилитров 1%-ного раствора цитрата натрия, растворив 0,1 грамма цитрата натрия в 10 миллилитрах воды. Добавьте 1 миллилитр 1%-ного раствора цитрата натрия в колбу, содержащую раствор оксида железа.

Нагрев раствор до 100 градусов Цельсия, добавьте в колбу 250 микролитров 0,01 молярной хлорауриновой кислоты. Продолжайте нагревать раствор до 100 градусов в течение 10 минут. Затем достаньте раствор из нагревательного блока и дайте ему остыть до комнатной температуры в течение одного-двух часов.

После этого очистите образцы центрифугированием в течение семи минут при концентрации 4 700 x g. Когда закончите, удалите надосадочную жидкость из образцов. Затем повторно распылите наночастицы в одном миллилитре деионизированной воды.

Чтобы охарактеризовать наночастицы, поместите три миллилитра красновато-коричневого водного раствора в метакрилатную кювету. Поместите покупной магнит в непосредственной близости от кюветы. В этот момент включите источник питания лазера и балансировку.

Расположите окна баланса так, чтобы они не загораживали путь лазера и не блокировали ИК-термопары. Сняв защитные чехлы с инфракрасных термопар, откройте программу для сбора данных, нажмите «Выполнить» и назовите измерение «Прогреть».Пока система нагревается, в колпаке подготовьте образец, пипетируя соответствующее количество желаемого раствора в метакрилатную кювету. Отрегулируйте мощность лазера до минимального уровня, при котором получается едва заметный луч.

Убедитесь, что пятно лазерного луча беспрепятственно остается в фокусной точке ИК-термопары. После этого поместите образец на плечо баланса таким образом, чтобы сторона кюветы была перпендикулярна инфракрасному измерительному лучу термопары, а пятно лазерного луча попадало в центр раствора. Уменьшите мощность лазера до тех пор, пока луч не перестанет быть виден.

После завершения прогрева остановите программу измерений и выйдите из программного обеспечения. После обнуления баланса и открытия программы сбора данных нажмите кнопку «Выполнить» и создайте имя для файла данных. Начните сбор данных, нажав кнопку Сохранить.

После 120 секунд сбора данных увеличьте мощность лазера до нужной настройки. После сбора данных в течение еще 1000 секунд отрегулируйте мощность лазера до минимальной настройки и выключите питание лазера. После завершения эксперимента выйдите из программы.

После того, как вы выключите все и восстановите все оборудование, сохраните экспериментальные данные в формате ascii для дальнейшей обработки. Анализ SEM показывает морфологию наночастиц золота оксида железа, показывая агрегаты округлых неправильных частиц оксида железа, которые кажутся функционализированными с более мелкими, яркими и округлыми наночастицами золота. Отчетливый пик поглощения в ультрафиолетовом спектре гибридных наночастиц наблюдается на 520 нанометрах и объясняется модой LSPR наночастиц золота, функционализирующей оксид железа.

Спектры поглощения УФ-ВИД раствора реакционного раствора показывают некоторое начальное небольшое поглощение видимого света, обусловленное диспергированными в растворе наночастицами оксида железа. По мере протекания реакции через 1,5 минуты образуется пик, что соответствует образованию и осаждению наночастиц золота на поверхности оксида железа. Измерения фототермического нагрева оксида железа, золота и наночастиц золота показывают почти идентичный температурный профиль, при этом температура увеличивается более чем на 40 градусов Цельсия.

Эксперимент с деионизированной водой не показал никаких изменений, что свидетельствует о том, что повышение температуры в растворах наночастиц происходит исключительно за счет рассеивания поглощенной электромагнитной энергии в наночастицах. Изменение массы раствора наночастиц намного больше, чем фоновая скорость испарения, что указывает на достаточно высокие температуры поверхности для генерации пара со значительной скоростью. После освоения этой техники ее можно сделать за два часа, если она выполнена правильно.

При попытке выполнить эту процедуру важно использовать чистую лабораторную посуду, чтобы обеспечить воспроизводимые результаты. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как электронная микроскопия, UV-Vis и DLS, чтобы определить, произошли ли какие-либо повреждения, вызванные лазером. Принимайте соответствующие меры предосторожности при работе с открытыми лазерными лучами, такие как выравнивание системы с минимальной мощностью лазера, проверка блокирующих посторонних паразитных отражений и закрытие лазера, когда это возможно, а также ношение соответствующих лазерных защитных очков, когда это необходимо.

После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как производить дешевые наночастицы в больших количествах и как генерировать целевое тепло беспроводным способом и по требованию для реальных приложений.