Name: colloidal synthesis of nanopatch antennas for applications in plasmonics and nanophotonics
Uploaded: 2016-05-28T15:00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics at JoVE.com

This work was supported by the Air Force Office of Scientific Research Young Investigator Research Program (AFOSR, Grant. No. FA9550-15-1-0301).

<ol>
	<li>Fan, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembled+Plasmonic+Nanoparticle+Clusters.">Self-Assembled Plasmonic Nanoparticle Clusters.</a> Science. 328 (5982), 1135-1138 (2010).</li><li>Zhang, Q., Li, W., Wen, L. -. P., Chen, J., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+Synthesis+of+Ag+Nanocubes+of+30+to+70+in+Edge+Length+with+CF3COOAg+as+a+Precursor.">Facile Synthesis of Ag Nanocubes of 30 to 70 in Edge Length with CF3COOAg as a Precursor.</a> Chem. Eur. J. 16 (33), 10234-10239 (2010).</li><li>Sun, Y., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-Controlled+Synthesis+of+Gold+and+Silver+Nanoparticles.">Shape-Controlled Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles.</a> Science. 298 (5601), 2176-2179 (2002).</li><li>Xia, Y., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-Controlled+Synthesis+and+Surface+Plasmonic+Properties+of+Metallic+Nanostructures.">Shape-Controlled Synthesis and Surface Plasmonic Properties of Metallic Nanostructures.</a> MRS Bull. 30 (05), 338-348 (2005).</li><li>Ciraci, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+Ultimate+Limits+of+Plasmonic+Enhancement.">Probing the Ultimate Limits of Plasmonic Enhancement.</a> Science. 337 (6098), 1072-1074 (2012).</li><li>Chandran, S. P., Chaudhary, M., Pasricha, R., Ahmad, A., Sastry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Gold+Nanotriangles+and+Silver+Nanoparticles+Using+Aloevera+Plant+Extract.">Synthesis of Gold Nanotriangles and Silver Nanoparticles Using Aloevera Plant Extract.</a> Biotechnol. Prog. 22 (2), 577-583 (2006).</li><li>Perez-Juste, J., Pastoriza-Santos, I., Liz-Marz&#225;n, L. M., Mulvaney, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanorods:+Synthesis,+characterization+and+applications.">Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications.</a> Coord. Chem. Rev. 249 (17-18), 1870-1901 (2005).</li><li>Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+Growth+Mechanism+of+Gold+Nanorods+(NRs)+Using+Seed-Mediated+Growth+Method.">Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method.</a> Chem. Mater. 15 (10), 1957-1962 (2003).</li><li>Rycenga, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Synthesis+and+Assembly+of+Silver+Nanostructures+for+Plasmonic+Applications.">Controlling the Synthesis and Assembly of Silver Nanostructures for Plasmonic Applications.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3669-3712 (2011).</li><li>Cortie, M. B., McDonagh, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Optical+Properties+of+Hybrid+and+Alloy+Plasmonic+Nanoparticles.">Synthesis and Optical Properties of Hybrid and Alloy Plasmonic Nanoparticles.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3713-3735 (2011).</li><li>Halas, N. J., Lal, S., Chang, W. -. S., Link, S., Nordlander, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmons+in+Strongly+Coupled+Metallic+Nanostructures.">Plasmons in Strongly Coupled Metallic Nanostructures.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3913-3961 (2011).</li><li>Rose, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+Radiative+Processes+Using+Tunable+Plasmonic+Nanopatch+Antennas.">Control of Radiative Processes Using Tunable Plasmonic Nanopatch Antennas.</a> Nano Lett. 14 (8), 4797-4802 (2014).</li><li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+mechanisms+of+large+Purcell+enhancement+in+plasmonic+nanoantennas.">Probing the mechanisms of large Purcell enhancement in plasmonic nanoantennas.</a> Nature Photon. 8 (11), 835-840 (2014).</li><li>Hoang, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+spontaneous+emission+source+using+plasmonic+nanoantennas.">Ultrafast spontaneous emission source using plasmonic nanoantennas.</a> Nat. Commun. 6, (2015).</li><li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors.">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Lett. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li><li>Mock, J. J., Hill, R. T., Tsai, Y. -. J., Chilkoti, A., Smith, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+Dynamically+Tunable+Localized+Surface+Plasmon+Resonances+of+Film-Coupled+Nanoparticles+by+Evanescent+Wave+Excitation.">Probing Dynamically Tunable Localized Surface Plasmon Resonances of Film-Coupled Nanoparticles by Evanescent Wave Excitation.</a> Nano Lett. 12 (4), 1757-1764 (2012).</li><li>Skrabalak, S. E., Au, L., Li, X., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+Ag+nanocubes+and+Au+nanocages.">Facile synthesis of Ag nanocubes and Au nanocages.</a> Nat. Protocols. 2 (9), 2182-2190 (2007).</li><li>Im, S. H., Lee, Y. T., Wiley, B., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-Scale+Synthesis+of+Silver+Nanocubes:+The+Role+of+HCl+in+Promoting+Cube+Perfection+and+Monodispersity.">Large-Scale Synthesis of Silver Nanocubes: The Role of HCl in Promoting Cube Perfection and Monodispersity.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 44 (14), 2154-2157 (2005).</li><li>Moreau, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled-reflectance+surfaces+with+film-coupled+colloidal+nanoantennas.">Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas.</a> Nature. 492 (7427), 86-89 (2012).</li><li>Lassiter, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+Waveguide+Modes+of+Film-Coupled+Metallic+Nanocubes.">Plasmonic Waveguide Modes of Film-Coupled Metallic Nanocubes.</a> Nano Lett. 13 (12), 5866-5872 (2013).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Nanocubes הכסף היו מסונתז כימי באמצעות תנאי תגובה דומים סינתזות שדווחו בעבר. 2,12,17-20 סינתזה זו מאפשרת הייצור של nanocubes עם אורכים בצד הנעים בין 50 ל 100 ננומטר. לדוגמא, זמן חימום אופייני 2.5 שעות יגרום nanocubes עם אורכים בצד של ~ 75 ננומטר. זמן סינתזה יותר (&gt; hr 3) יוביל חלקיקים גדולים יותר, לעומת זאת, זה עלול גם לגרום צורות שונות כגון nanocubes לקצץ או תמניון. הפתרון הסופי היה centrifuged ו מחדש תלוי מים ללא יונים, ועלול להיות מאוחסן במשך חודש אחד לפחות במקרר ב 4 ° C ללא כל שינוי בולט בספקטרום הפיזור של תהודות plasmon. 12 הגודל והצורה של nanocubes Ag מהתהליך שהוצג בפרוטוקול לעיל הם מאוד רגישים הניקוי של RBF, הכובע שלו והבר בחישה וכן טיב מענה EG. NanopartiCles עם צורות שונות כגון חלקיקים מעוגלים או מוארכים הוא סימן שיש בעיה סבירה עם אף אחת מהפעולות האלה בסינתזה. על כן מומלץ כי צעדי 1.1.1-1.1.4 ו 1.2.1-1.2.2 חשובים באופן קריטי. באיור 4 ב ספקטרום הפיזור שנאסף אנטנת nanopatch יחידה מוצג אשר מציגה תהודת plasmon חזקה ב 650 ננומטר. כזה תהודה מצביעה על כליאה במצב מעולה באזור הפער בין nanocube Ag וקולנוע Au מתאפשר על ידי nanocubes באיכות גבוהה. בנוסף, על מנת לקבל ספקטרום כזה, הוא נדרש גם כי המדגם הוא נקי, שכבות spacer (שכבות PE) יש עובי אחיד וכי סרט Au הבסיסית הוא חלקה. תהודת plasmon החזקה היא אישור נוסף על ידי בנתונים המוצגים איור 4C שבו אנטנות nanopatch בודדות ניתן לצפות בתמונת השדה הכהה באיור 4d שבו קרינה גדולההשיפור הוא ציין של מולקולות Cy5 ממוקמות באזור הפער. ראוי גם לציין כי nanocubes Ag לחמצן לאורך זמן למרות ציפוי PVP כאשר נחשפו לאוויר ובכך מומלץ מדידות אופטיות צריכות להתבצע ביום המדגם הוא מוכן או בתוך 1 עד 3 ימים. כדי למזער חמצון, מומלץ כי דגימות אנטנת nanopatch לאחסן ואקום או גז חנקן. השיטה המוצגת במאמר זה מאפשר ייצור של nanocubes Ag ואנטנות nanopatch plasmonic עם ממדים מבוקר היטב ניצול סינתזה קולואידית ותהליך שכבה אחר שכבה לטבול ציפוי. לעומת טכניקות אחרות כגון ליתוגרפיה קרן אופטי או אלקטרונים, הטכניקה המוצגת כאן מציעה את הפוטנציאל עבור עלות נמוכה וייצור בקנה מידה גדולה תוך הפקת התפלגות גודל צרה של חלקיקים. אנטנות nanopatch plasmonic המוצגות במאמר זה גם להחזיק הבטחה גדולהננו חדש על ידי עיצוב מפגין מאפיינים ייחודיים אשר לא יכול להתקיים עמיתיהם מקרוסקופית שלהם. בפרט, nanoantennas אלה הראה שיפור קרינה-שיא של מולקולות צבע מוטבע עולה 30,000; 12 שיפורי שיעור פליטה ספונטניים של 1,000; פליטה מהירה ספונטנית תשואה קוונטית גבוהה. 13,14 בנוסף, הוכיח כי קרינה מצמידה את תערוכת אנטנות nanopatch אלה פליטה מאוד כיוונית שהוא קריטי עבור יישומים בם צימוד גלאי חיצוני או סיבי מצב יחידים נדרש. יישומים עתידיים של אנטנות תיקון ננו עשויים לנוע בין התקנים אופטו מהירים, כגון דיודות פולטות אור, כדי photodetectors יעילות גבוהה התקנים פוטו, חישה וטכנולוגיות עיבוד מידע קוונטי. 12-14

בשנים האחרונות, סינתזה קולואידית של חלקיקים ואת ההרכבה של אלה לתוך מבנים מתקדמים משכו אינטרסים רבים הוא במחקר פיתוח תעשייתי. 1-4 סינתזה קולואיד של יש חלקיקים מספר יתרונות על פני ננו המפוברק lithographically כולל ההומוגניות גודל מעולה, עלות נמוכה ואת אפשרות של בקנה מידה גדולה, ייצור מקביל. חלקיקי מתכת כגון כסף (Ag) וזהב (Au) יכול לתמוך polaritons plasmon משטח מקומי ויש להם את היכולת להגביל אור בכרך קטן בהרבה לגבול השתברות. 1,3-5 עוצמת השדה גבוהה וכתוצאה מכך יוצר משופרת המקומי צפיפות מצבים המאפשרים אינטראקציות אור-משנה כדי להיות מותאמת על הננומטרי. מאמצים אחרונים הוכיחו נהלים לסנתז חלקיקים Ag ו- Au במגוון רחב של גדלים וצורות, כולל משולשים, 4,6 כלובים, 3,4 ומוטות4,7,8 בנוסף nanocubes דן כאן. ננו מורכב מכמה nanocomponents Ag או Au גם היה מפוברק תכונות מותאמות הוכחה. 1,9-11 הנה, אנחנו מדגימים הליך לסנתז nanocubes Ag ויותר מכך, כדי זוג nanocubes Ag אלה עם סרט Au מקורית כדי ליצור אנטנות nanopatch plasmonic. המרחק בין nanocubes Ag והסרט Au ניתן לשלוט עם רזולוציה ננומטר ~ 1 באמצעות סדרה של שכבות spacer polyelectrolyte. אנחנו גם מדגימים כיצד לשלב מדיום פעיל, כגון צבע אורגני, לתוך אנטנות nanopatch plasmonic. בשל שדות אלקטרומגנטיים מוגבלים מאוד באזור הפער בין nanocubes וסרט Au, אנטנות nanopatch יכולות לשמש קרינה משופרת מאוד ופליטה ספונטנית של מולקולות צבע המוטבעות. 12,13 השיטות שהוצגו במאמר זה ניתן להכליל כדי קרינת אחרים, such כמו נקודות קוונטיות מצב מוצק קולואידים 14 או חומרים מוליכים למחצה דו ממדים, 15 ואת תהודת plasmon יכול להיות מכוון על פני טווח ספקטרלי רחב על ידי שינוי הגודל של nanocubes או הפער.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol&#160;</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>9300</td>
			<td>Must be anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydrosulfide hydrate&#160;&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>161527</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly vinylpyrrolidone&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>856568</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochroric acid BDH ARISTAR PLUS</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>7647-01-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver trifluoroacetate&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>482307</td>
			<td>Store in dark place</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>48358</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>7697-37-2</td>
			<td>&#160;concentrated (70%), for cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(allylamine) hydrochloride (PAH)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>283215</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene sulfonate&#160; (PSS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>561223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride&#160;</td>
			<td>Macron Inc.</td>
			<td>7647</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfo-Cyanine5 carboxylic acid (Cy5)</td>
			<td>Lumiprobe</td>
			<td>13390</td>
			<td>Fluorescent dye (molecular weight: 664.76 g/mol)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipments</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring hotplate with temperature control</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>89000-338</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixers</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>10153-834</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge</td>
			<td>Thermoscientific</td>
			<td>Model 59A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone fluid&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>63148-62-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scale</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>Model ML 104/03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron-beam metal evaporator&#160;</td>
			<td>CHA Industries</td>
			<td>E-beam evaporator</td>
			<td>Located inside a clean room</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pre-cleaned glass slides</td>
			<td>Schott North America, Inc.</td>
			<td>Nexterion Glass B&#160;</td>
			<td>Clean room pre-cleaned</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25-mL 24/40 round-bottle flask&#160;</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>60002-290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirring bar</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>58948-116</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes (1-10mL, 10&#8211;100 mL and 100&#8211;1000 mL)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic cleaning bath</td>
			<td>Branson Ultrasonic</td>
			<td>Model 1510R-DTH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stopwatch</td>
			<td>VWR International</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf centrifugation tubes (1.5 mL)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>22364111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(propylene) coning tubes (50 mL)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Home built bright/darkfield microscope</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>75 W Xenon white light source, Nikon BF/DF 50x ELWD 
			0.55 NA, 8.2 mm WD objective, Nikon D90 digital camera, Acton 2300i spectrometer, Photometrics CoolSnap HQ&#160; charge coupled device (CCD) camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>He Ne laser (633 nm), 5 mW</td>
			<td>New Port Co.</td>
			<td>R-30990</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reflectance standard</td>
			<td>Lab Sphere</td>
			<td>Model SRS-99-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser long pass filter 633 nm</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>LP02-633RU-25</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

colloidal synthesis of nanopatch antennas for applications in plasmonics and nanophotonics

אנו מציגים שיטה לסינתזה קולואידים של nanocubes הכסף והשימוש אלה בשילוב עם סרט זהב חלק, לפברק אנטנות תיקון ננו plasmonic. זה כולל נוהל מפורט עבור ייצור של שכבות דקות עם עובי מבוקר היטב על פני שטחים מקרוסקופית באמצעות שכבה אחר שכבה בתצהיר של פולימרים polyelectrolyte, כלומר פולי (allylamine) הידרוכלוריד (PAH) ו sulfonate קלקר (PSS). שכבות spacer polyelectrolyte אלו משמשים פער דיאלקטרי בין nanocubes כסף וסרט זהב. על ידי שליטה על גודל nanocubes או עובי הפער, התהודה plasmon יכול להיות מכוון מכ -500 ננומטר ל -700 ננומטר. בשלב הבא, אנחנו מדגימים איך לשלב חומצה קרבוקסילית sulfo-cyanine5 אורגני (Cy5) מולקולות צבע לאזור הפער פולימר דיאלקטרי של אנטנות nanopatch. לבסוף, אנו מראים משופרת קרינה מאוד של צבעי Cy5 ידי התאמת ספקטרלית תהודת plasmon עם אנרגית עירור tהוא Cy5 שיא ספיג. השיטה המוצגת כאן מאפשרת ייצור של אנטנות plasmonic nanopatch עם ממדים מבוקר היטב ניצול סינתזה קולואידית ותהליך שכבה אחר שכבה לטבול ציפוי עם פוטנציאל בעלות נמוכה ייצור בקנה מידה גדול. אנטנות nanopatch אלה מחזיקות הבטחה גדולה עבור יישומים מעשיים, למשל חישה, התקנים אופטו מהירים ועבור photodetectors היעילות גבוהה.

כאן, אנו מציגים תוצאות תצגנה את המאפיינים של אנטנות plasmonic nanopatch, כוללים תמונות SEM של המבנה המדגם, ספקטרום החזרה של אוסף של אנטנות nanopatch וקשת פיזור מ אנטנת nanopatch יחידה. האנרגיה של תהודה plasmon של אנטנות nanopatch תלוי בגודל של nanocubes, עובי האזור הפער דיאלקטרי, כלומר, מספר שכבות PE, כמו גם חומר דיאלקטרי. בשנת הנוהל שהוצג לעיל השגנו nanocubes Ag עם אורך צד ממוצע של 75 ננומטר פינות מעוגלות מעט (רדיוס העקמומיות ~ 10 ננומטר) מצופה בשכבת PVP עם עובי מוערך של 1-3 ננומטר. בשילוב עם 5 שכבות PE וקולנוע זהב, תוצאה זו תהודת plasmon המרוכזת ב ~ 650 ננומטר עם רוחב מלא ב-חצי מרבי (FWHM) של ~ 50 ננומטר. יש זה בתורו טוב חפיפה ספקטרלית עם גל קליטה ופליטה של ​​tהוא Cy5 מולקולות אשר מרוכז ב 646 ו 662 ננומטר, בהתאמה. איור 3 א מציג תמונת SEM של מדגם עם ריכוז גבוה של nanocubes. nanocubes אלה הופקדו על גבי סרט Au עם 5 שכבות PE. SEM תמונות כאלה משמשות כדי לאמת את האיכות הכוללת של סינתזת nanocube; עם זאת, דגימות אלה אינן מנוצלים עבור מדידות אופטיות נוספות כמו הצפיפות של nanocubes היא גבוהה מדי. בנוסף, בשל הצפיפות הגבוהה, nanocubes כמה לא משקר על המשטח שהוא חיוני כדי ליצור את מבנה אנטנת nanopatch plasmonic. איור 3 ב מציג תמונה SEM של מדגם של nanocubes מפוברק באמצעות פתרון nanocube אשר דולל בפקטור של 1/10. דגימה זו משמשת למדידות שבו רפלקטיביות של אור לבן מן אנסמבל של אנטנות nanopatch נמדד על מנת לקבוע אתתהודת plasmon הכוללת. איור 3 ג מציגה תמונת SEM של מדגם של nanocubes מפוברקת באמצעות פתרון nanocube אשר דולל בפקטור של 1/100. דגימה זו משמשת לפיזור מדידות של אנטנת nanopatch פרט. השימוש בפתרון nanocube בדילול מאפשר אנטנות nanopatch פרט להיות מבודד מרחבית לעבר מטוס תמונה באמצעות חריר קטן. איור 4 א מראה ספקטרום רפלקטיביות, לאחר נורמליזציה עם רקע בהיר ולבן, נמדד ממדגם דומה לזו שאתה רואה אותו בתמונה SEM באיור 3 ב. איור 4B מראה ספקטרום פיזור מ אנטנה nanopatch יחיד דומה המדגם המוצג תמונת SEM באיור 3C. איור 4C מראה תמונת שדה אפלה של מדגם אנטנת nanopatch (שהוכנה על ידי 1/10פתרון 0 בדילול nanocube התפזרו על סרט זהב עם 5 PE שכבות) שצולמו על ידי מצלמה דיגיטלית ניקון D90. הנקודות האדומות הבהירות שנצפו הן בשל פיזור של אור לבן מאנטנות nanopatch פרט. כמה כתמים הם נצפו יש צבעים אחרים מאשר אדום, שהוא תוצאה של nanocubes עם בגדלים שונים או חלקיקים גדולים עם צורות בלתי מעוקב. איור 4D מציג שני ספקטרום קרינה, אחד נמדד אנטנת nanopatch יחידה (ממדגם דומה לזה המוצג באיור 3C) והשני ממדגם שליטה מורכב זכוכית שקופית עם אותו מספר שכבות PE והצפיפות של Cy5 מולקולות צבע. עוצמת הקרינה ממולקולות Cy5 מצמידות את אנטנת nanopatch היא הרבה יותר חזקה מאשר בשקופית הזכוכית. תוצאת משיעור עירור משופר כמו גם דפוס קרינה שונה ויעילות קוונטית המוגברת של מולקולות הצבע. 1<html> 2 לאחר התיקון עבור קרינת רקע ו נרמול ליחידת שטח על ידי חלוקת השטח מתחת nanocube עם גודל נקודת עירור, 12 נקבל גורם שיפור של ~ 12,000 מהנתונים שמוצגים באיור 4D. גורמים שיפור זה הוא קטן לעומת השווי שדווח בעבר 30,000 12 הנראה בשל השימוש של Au במקום סרט Ag, הגדלת הפסדים הלא מקרין. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> באיור 1. התקנת ציוד עבור Ag nanocube סינתזה. (א) תצלום של ההתקנה ציוד מראה באמבטיה חימום על גבי פלטה חשמלית ערבוב עם בקרת טמפרטורה. (ב) תקריב של הבקבוק מסביב לתחתית (RBF) המכיל את פתרון nanocube במהלך הסינתזה. ההתקנה ממוקמת בתוך במנדף עם אוורור אוויר נאות.TPS: //www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> איור 2. תמונות של פתרון nanocube. (א) פתרון Nanocube לאחר סינתזת 2.5-hr ו- (ב) לאחר העברת צינורות קטנים מחדש מושעה במי דה מיונן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> איור 3. אפיונים SEM של nanocubes Ag. (א) התמונה SEM של מדגם nanocube מרוכז, (ב) מדולל (1/10)nanocube מדגם, ו (ג) מדגם nanocube מדולל (1/100). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> איור 4. אפיונים אופטיים של אנטנות nanopatch. (א) ספקטרום השתקפות מנורמל נמדד אנסמבל של אנטנות nanopatch (פתרון nanocube הלא מדולל). (ב) ספקטרום פיזור מ אנטנת nanopatch יחידה (1/100 מדולל פתרון nanocube). (ג) תמונה כהה שדה של מדגם האנטנה nanopatch (1/100 פתרון nanocube מדולל) נלקח תחת תאורה של אור לבן. כל נקודה בצבע אדומה בוהקת מתאימה אנטנת nanopatch plasmonic פרט. (ד) הקרינה מן מולקולות צבע Cy5 להטביעטוליפ אין באנטנת nanopatch (קו מוצק אדום) בהשוואה לזו של שקופית זכוכית עם ריכוז זהה של צבעי Cy5 (קו מקווקו שחור). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics at JoVE.com

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

פרוטוקול לסינתזה קולואידים של nanocubes כסף ייצור של אנטנות תיקון ננו plasmonic עם פערים תת-10 ננומטר מוצג.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

קסנון hyperpolarized לNMR ו-MRI יישומים

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

אלקטרוליטים קופולימר שתל מצב מוצק עבור יישומי סוללת ליתיום

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

תלת ממד חלקיקי מעקב velocimetry עבור יישומי Turbulence: מקרה של Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

יצירת צומת תת-50 ננומטר ננו-נוזלי ב PDMS Microfluidic שבב באמצעות תהליך ההרכבה העצמית של חלקיקים קולואיד

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

סריקה אור מפזר Profiler (SLPS) מתודולוגיה מבוססת כדי להעריך כמותית קדימה ואחורה אור פיזור מ עדשות עדשות

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

ייצור של משטחי מתכת Superhydrophobic עבור יישומים ציפוי אנטי

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

טכנולוגיה Microfluidic מודולרי עבור מחקרים שיטתיים של מוליכים למחצה Colloidal Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...