Wytwarzanie agregatów nanocząstek i diagnozowanie ich

Wytwarzanie agregatów nanocząstek i diagnozowanie ich właściwości optycznych:
doświadczenie i modelowanie
Oddział Fizyki Promieniowania i Spektroskopii (ON2), Zespół Spektroskopii Laserowej (ON2.2)
Celem badań prowadzonych w Zespole Spektroskopii Laserowej jest rozwój metod wytwarzania agregatów
nanocząstek oraz technik analizy ich właściwości optycznych. Agregaty wytwarzane są metodą samoorganizacji nanocząstek w parujących kroplach zawiesin uwięzionych w pułapkach elektrodynamicznych.
W szczególności do ich badania rozwijamy metodę spektroskopii optycznej pojedynczych agregatów, metody oparte o statyczne rozproszenie światła (również pod kątem tęczowym) oraz analizę interferometryczną
tzw. analizę modów galerii szeptów.
Ponadto agregaty są diagnozowane
z wykorzystaniem mikroskopii optycznej
i elektronowej (SEM) po wcześniejszym
kontrolowanym osadzaniu na przygotowanym podłożu [1]. Prowadzone obecnie
badania wyrastają bezpośrednio z naszych doświadczeń w opisywaniu parowania kropel czystych cieczy (np. [2, 3])
oraz mieszanin cieczy [4].
Do niedawna w celu diagnozowania właściwości optycznych mikrokropli parują- Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do spektroskopii optycznej
pojedynczych agregatów.
cych cieczy oraz agregatów nanocząstek
wykorzystywaliśmy statyczne rozproszenie światła. Prowadzona obecnie rozbudowa układów pomiarowych,
tak aby umożliwić spektroskopię optyczną pojedynczych agregatów, pozwoli nam na obserwację widma
powstających struktur, w szczególności zjawisk plazmonicznych w przypadku wykorzystania nanokulek
metalicznych. Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 1. Obserwacja rozproszenia pod kątem
tęczowym umożliwi precyzyjne określanie współczynnika załamania światła oraz opracowanie bardziej dokładnych modeli termodynamicznych badanych układów [5].
Wykorzystywany przez nas referencyjny układ doświadczalny
z liniową pułapką elektrodynamiczną pozwala dodatkowo na depozycję powstających struktur na dowolnym etapie agregacji. Następnie agregaty są analizowane metodami SEM. Przykładowe zdjęcie
SEM obrazujące kilka agregatów po osadzeniu na powierzchni
krzemowej przedstawia rysunek 2.
Znaczenie prowadzonych badań
Agregaty nanocząstek wytwarzane w procesie parowania mikrokropli zawiesin, w szczególności zawierające inkluzje plazmoniczne,
wykazują unikatowe właściwości optyczne. Już pojedyncze nanokulki metali czy ich matryce charakteryzują się silnym wzmocnieniem rozpraszanego pola dla określonych częstości. Odpowiedni Rys. 2. Zdjęcie przeglądowe SEM obrarozkład przestrzenny nanoinkluzji metalicznych pozwoli kontrolo- zujące kilka agregatów po osadzeniu na
wać właściwości optyczne wytwarzanych agregatów. Będą one powierzchni krzemowej [1].
mogły zostać wykorzystane jako obiekty nadające specyficzne właściwości optyczne w różnego rodzaju cieczach, szkle, tworzywach sztucznych czy do budowy czujników.
Zakres tematyki badawczej
Prace badawcze, które mogą być realizowane w naszym zespole dotyczą bezpośredniego zaangażowania
w prowadzone eksperymenty (rozbudowa stanowisk, prowadzenie pomiarów), prace koncepcyjne (wprowadzenie nowych technik pomiarowych) oraz modelowanie numeryczne (symulacje procesu parowania i agregacji nanocząstek oraz rozproszenia światła z wykorzystaniem różnych kodów symulacyjnych).
Bibliografia
[1].
[2].
[3].
[4].
[5].
Langmuir, vol. 31 (28), pp 7860–7868, 2015.
Rep. Prog. Phys., vol. 76 (3), pp. 034601, 2013.
Soft Matter, vol. 9, pp. 7766, 2013.
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, vol. 126, pp. 99–104, 2013.
J. Phys. Chem. B, vol. 118 (43), pp 12566–12574, 2014.
Kontakt: dr inż. Mariusz Woźniak, [email protected], tel. 22 116-32-77