Сверхбыстрая лазерная абляция в жидкости является точным и универсальным методом синтеза наноматериалов (наночастиц [НЧ] и наноструктур [НС]) в жидко-воздушных средах. Наноматериалы, полученные с помощью лазерной абляции, могут быть функционализированы комбинацион-активными молекулами для усиления рамановского сигнала аналитов, размещенных на NS/NP или рядом с ними.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Сверхбыстрые наночастицы и наноструктуры с лазерной абляцией для поверхностного зондирования на основе комбинационного рассеяния
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Техника сверхбыстрой лазерной абляции в жидкостях развивалась и совершенствовалась в течение последнего десятилетия, с несколькими предстоящими применениями в различных областях, таких как сенсорика, катализ и медицина. Исключительной особенностью этого метода является формирование наночастиц (коллоидов) и наноструктур (твердых тел) в одном эксперименте с ультракороткими лазерными импульсами. Мы работали над этим методом в течение последних нескольких лет, исследуя его потенциал с использованием метода комбинационного рассеяния с поверхностным усилением (SERS) в приложениях для обнаружения опасных материалов. Сверхбыстрые лазерные субстраты (твердые и коллоидные) могут обнаруживать несколько молекул аналита на следовых уровнях/форме смеси, включая красители, взрывчатые вещества, пестициды и биомолекулы. Здесь мы представляем некоторые результаты, достигнутые с использованием целевых показателей Ag, Au, Ag-Au и Si. Мы оптимизировали полученные наноструктуры (НС) и наночастицы (НЧ) (в жидкостях и воздухе) с использованием различных длительностей импульсов, длин волн, энергий, форм импульсов и геометрии записи. Таким образом, различные НС и НЧ были проверены на эффективность в обнаружении многочисленных молекул аналита с помощью простого портативного рамановского спектрометра. Эта методология, будучи оптимизированной, прокладывает путь для применения в полевых условиях. Мы обсуждаем протоколы по (а) синтезу НЧ/НС с помощью лазерной абляции, (б) характеризации НЧ/НС и (в) их использованию в исследованиях зондирования на основе SERS.
Введение
Сверхбыстрая лазерная абляция — это быстро развивающаяся область взаимодействия лазера с материалом. Высокоинтенсивные лазерные импульсы с длительностью импульсов в фемтосекундном (fs) и пикосекундном (ps) диапазоне используются для создания точной абляции материала. По сравнению с наносекундными (нс) лазерными импульсами, лазерные импульсы ps могут аблизировать материалы с более высокой точностью и аккуратностью из-за их меньшей длительности импульса. Они могут генерировать меньше сопутствующих повреждений, мусора и загрязнения абляционного материала из-за меньшего теплового воздействия. Тем не менее, ps-лазеры, как правило, дороже, чем ns-лазеры, и требуют специальн....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Типичная блок-схема протокола применения сверхбыстрых абляционных НЧ или НС при детектировании следовых количеств молекул с помощью SERS показана на рисунке 1A.
1. Синтез металлических НП/НС
ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от требований/применения выберите материал мишени, окружающую жидкость и параметры лазерной абляции.
Здесь:
Материалы мишеней: Ag
Окружающая жидкость: 10 мл DI
Параметры лазера: 355/532/1064 нм; 30 пс; 10 Гц; 15 мДж
Фокусирующая линза: Плоско-выпуклая линза (фокусное расстояние: 10 см)
Параметры ступени: 0,1 мм/с по осям X и Y
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
НУЧ серебра синтезировали с помощью лазерной абляции в жидкостной технике. Здесь использовалась лазерная система ps-лазера с длительностью импульса ~30 пс, работающая с частотой повторения 10 Гц и длиной волны 355, 532 или 1064 нм. Энергия входного импульса была доведена до 15 мДж. Лазерные импульсы фокусировались с помощью плоско-выпуклой линзы с фокусным расстоянием 10 см. Во время лазерной абляции лазерный фокус должен быть точно на поверхности материала, потому что лазерная энергия наиболее сконцентрирована .......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
При ультразвуковой очистке очищаемый материал погружается в жидкость и высокочастотные звуковые волны наносятся на жидкость с помощью ультразвуковой мойки. Звуковые волны вызывают образование и схлопывание крошечных пузырьков в жидкости, генерируя интенсивную локальную энергию и давление, которые вытесняют и удаляют грязь и другие загрязняющие вещества с поверхности материала. При лазерной абляции для настройки лазерной энергии использовали комбинацию поляризатора Брюстера и полуволновой пластины; Поляризатор обычно разм.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Мы благодарим Хайдарабадский университет за поддержку в рамках проекта Института выдающихся личностей (IoE) UOH/IOE/RC1/RC1-2016. Грант IoE получил уведомление F11/9/2019-U3(A) от MHRD, Индия. DRDO, Индия признана за финансовую поддержку через ACRHEM [[#ERIP/ER/1501138/M/01/319/D(R&D)]. Мы выражаем признательность Школе физики Университета Огайо за определение характеристик FESEM и оборудование XRD. Мы хотели бы выразить нашу искреннюю благодарность профессору SVS Нагесваре Рао и его группе за их ценный вклад в сотрудничество и поддержку. Мы хотели бы выразить нашу признательность бывшим и нынешним сотрудникам лаборатории доктору. Гопала Кришне, доктору Хамаду Сайеду,....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Сплавы | Местный ювелир | N/A | 99% чистоты |
| Axicon | Thorlabs | N/A | 100, ИК-диапазон, покрытый AR, AX1210-B |
| Этанол | Supelco, Индия | CAS No. 64-17-5 | |
| Фемтосекундный лазер | фемтосекундный (fs) лазерный усилитель Libra HE, когерентный | N/A | Pulse duraction 50 фс; wavelenngth 800 нм; <чел/> Повторение 1 кГц; Энергия импульса: 4 мДж |
| FESEM | Carl ZEISS, Ultra 55 | N/A | |
| Gatan DM3 | www.gatan.com | Gatan Microscopy Suite 3.x | |
| Gold target | Sigma-Aldrich, Индия | 99% чистота | |
| HAuCl4.3H2O | Sigma-Aldrich, Индия | CAS No. 16961-25-4 | |
| Трансляционные столики высокого разрешения | Newport SPECTRA PHYSICS GMBI | N/A | M-443 Высокопроизводительный низкопрофильный линейный столик на шарикоподшипниках; Сцена имеет высоту всего 1 дюйм и ход 2 дюйма. |
| Micro Raman | Horiba LabRAM | N/A | Grating - 1 800 и 600 канавок/мм; Длина волны возбуждения - 785 нм, 632 нм, 532 нм, 325 нм; <чел/> Цели 10х, 20х, 50х, 100х; ПЗС-детектор |
| Зеркала | Edmund Optics | N/A | Подходящие зеркала для определенной длины волны лазера |
| Контроллер движения | NEWPORT SPECTRA PIYSICS GMBI | N/A | ESP300 Контроллер-3 оси |
| управления Происхождение | www.originlab.com | Происхождение 2018 | |
| Пикосекундный лазер | EKSPLA 2251 | N/A | Длительность пульса 30пс; wavelenngth 1064 нм, 532 нм, 355 нм; <чел/> Частота повторения 10 Гц; Энергия импульса: от 1,5 до 30 мДж |
| Плосковыпуклая линза | Н/Д | фокусное расстояние 10 см | |
| Рамановский портативный | i-Raman plus, B& W Tek, США | н/д | 785 нм, ~ 100 & микро; m лазерная точка возбуждение и сбор волоконно-оптического зонда |
| кремниевая пластина | Macwin India Ltd. | 1– 10 Ω-cm, p (100)- | |
| соль серебра (AgNO3) | Finar, Индия | CAS No. 7783-90-6 | |
| Серебряная мишень | Sigma-Aldrich, Индия | CAS NO 7440-22-4 | 99% чистота |
| TEM | Tecnai TEM | N/A | |
| TEM решетки | Sigma-Aldrich, Индия | TEM-CF200CU | Медная сетка с углеродным покрытием 200 меш |
| Thiram | Sigma-Aldrich, Индия | CAS No. 137-26-8 | |
| UV | Jasco V-670 | N/A | |
| XRD | Bruker D8 advance | Н/Д |
Ссылки
- 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.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
