Plasmonic Surface Modifications with Hard-Core/Soft-Shell Nanoparticles

Titelangaben

Müller, Mareen B.:
Plasmonic Surface Modifications with Hard-Core/Soft-Shell Nanoparticles.
Bayreuth , 2015 . - VIII, 135 S.
( Dissertation, 2015 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)

Volltext

Link zum Volltext (externe URL):

Abstract

The main scope of this thesis is the creation of functional surfaces with hard-core/soft-shell plasmonic colloidal building blocks in respect of optical surface functionalization. With the focus on bottom up surface modification using self-assembly and template assisted self-assembly techniques. The optical functionalities are introduced by plasmonic nanoparticles and tailored either via the deposition or via chemical post-modification.
The colloid types, which are used in this framework, are hard-core/soft-shell colloids. An advantage of such hybrid particles is the plurality in functionalities. The optical properties are introduced by the usage of either silver or gold nanoparticles as core material encapsulated in a micro gel. Silver and gold show a so-called "localized surface plasmon resonance" (LSPR). This resonance is also present if such particles are deposited on surfaces. This makes them interesting for sensing applications, for instance surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) and refractive index sensing or other applications like wave guiding, light harvesting in photovoltaic or monitoring catalysis. The soft polymeric poly(N-isopropylacrylamide) shell contributes a multitude of other advantages. The shell prevents the plasmonic cores from aggregation and is stimuli responsive to changes in temperature, pH, or ionic strength. Additionally it acts as a spacer for the plasmonic cores to keep their individual optical properties. The deformable shell allows surface modifications inaccessible for hard sphere systems. The permeability of the gel network supports a chemical post-modification of the pre-assembled cores.
This thesis will demonstrate how glass surfaces can be altered with these colloidal building blocks for a variety of purposes.

Abstract in weiterer Sprache

Der Fokus dieser Dissertation liegt in der Funktionalisierung von Oberflächen mit Hilfe von kolloidalen Kern-Schale Bausteinen mit Schwerpunkt auf maßgeschneiderten optischen Eigenschaften.
Um die Oberflächen zu modifizieren werden Selbst- und templatgestütze Assemblierungsmethoden verwendet. Die optischen Eigenschaften werden durch die Verwendung von plasmonischen Nanopartikeln erzielt. Über die Art der Anordnung und durch chemische Postmodifizierung können diese Eigenschaften eingestellt werden.
Die verwendeten Kolloide bestehen aus einem harten Kern und einer weichen, den Kern umgebenden Schale. Der Vorteil solcher Hybridpartikel liegt in der Vielfältigkeit ihrer Einsatzmöglichkeiten begründet. So kann die optische Funktionalität über die Art des Kernmaterials, entweder Silber oder Gold, eingestellt werden, da beide Metalle eine so genannte "lokalisierte Oberflächen Plasmon Resonanz" (LSPR) zeigen. Diese Resonanz kann erhalten bleiben, wenn solche Nanopartikel auf Oberflächen abgeschieden werden. Dies macht sie interessant für Anwendung in der Sensorik, beispielsweise für oberflächenverstärkte Raman Spektroskopie (SERS) und Brechungsindexmessungen oder für den Einsatz in Photovoltaik, Katalyse oder als Wellenleiter. Das weiche Polymernetzwerk Poly(N-isopropylacrylamid) bringt wiederum eine Reihe von Vorteilen mit sich, da es sowohl Temperatur-, pH-, als auch Ionenstärkeresponsiv ist. Zudem verhindert es die Aggregation der Metallkerne, wodurch die individuellen plasmonischen Eigenschaften erhalten bleiben. Der weiche Charakter der Polymerschale erlaubt Oberflächenanordnungen, die für harten Nanopartikeln unzugänglich bleiben. Weiterhin ist das Polymernetzwerk permeabel, was eine nachträgliche chemische Postmodifizierung der zuvor abgeschiedenen Hybridkolloide erlaubt. Diese Dissertation zeigt, wie Glasoberflächen für vielfältige Anwendungen gezielt, mit Hilfe dieser nanopartikulären Bausteinen, modifiziert werden können.