< Terug naar vorige pagina
Project
Magnetische veldsensoren op basis van Faradayrotatie in nanomaterialen.
Om aan de vooropgestelde maatschappelijke en technologische ambities voor nanotechnologie te voldoen kunnen multifunctionele magnetisch-plasmonische nanostructuren een grote troef zijn. Dergelijke multifunctionele materialen, waarin magnetische en plasmonische functies op de nanoschaal worden gecombineerd kunnen worden gebruikt om de fundamentele interacties tussen licht en magnetisme op diezelfde schaal te ontrafelen. Verder kunnen ze ook worden toegepast in vb. de geneeskunde voor kankertherapie,in katalyse voor verbeterde reactiesnelheden bij lagere werkingstemperaturen, in sensoren voor magnetische veldsterkte en in geminiaturiseerde optische componenten zoals optische isolatoren.
In het eerste deel van dit werk stellen we de berekende optische eigenschappen voor van kern-schaal magnetisch-plasmonische nanosferen en -staven in functie van samenstelling, grootte en vorm met de focus op biomedische applicaties. Met deze kennis is het mogelijk om rationeel ontworpen nanostructuren tesynthetiseren die een plasmonband bezitten in het voor biomedische toepassingen voordelige nabij-infrarood spectraal venster en met andere optische eigenschappen zoals verstrooiing en absorptie doorsnedes die gewenst zijn voor potentiële toepassingen in de biowetenschappen.
Omwille van de nadelen van eerder gebruikte syntheseprotocollen voor nanopartikel-gebaseerde magnetisch-plasmonische dunne filmen werd een nieuw syntheseprotocol ontwikkeld. Het protocol zelf, de resulterende materialen en hun lineaire, niet-lineaire en magneto-optische eigenschappen worden beschreven in het tweede deel van dit werk.
Door een nieuw ontwikkelde laag-na-laag synthese met korte bifunctionele moleculaire linkers produceerden we magnetisch-plasmonische nanopartikel multilagen op glazensubstraten. Tijdens de synthese werden geen polymeren of polyelectrolyten gebruikt. De resulterende nanocomposieten waarin goud, zilver en magnetiet nanopartikels werden samengebracht waren homogeen over grote oppervlaktes en hadden grote nanopartikel vulfracties. Hun plasmongolflengte kon worden aangepast over een groot spectraal bereik door het veranderenvan dikte van de composiet, wat mogelijk was door het aantal afgezette lagen te variëren. Theoretische berekeningen werden uitgevoerd om de geobserveerde optische eigenschappen van deze magnetisch-plasmonische structuren te verifiëren en te verklaren. De resultaten van de berekeningen en de vergelijking hiervan met de experimentele observaties leidden ons naar een meer genuanceerd beeld van het laag-na-laag zelf-assemblage proces als functie van het aantal afgezette lagen. Niet-lineair optische microscopiebeelden bevestigden de homogeniteit van het staal en de gegenereerde niet-lineaire optische signalen. Spectrale niet-lineair optische metingen toonden aan dat goud-magnetiet nanopartikel multilagen tweede- enderde-orde niet-lineaire optische processen combineren en simultaan versterken. Sterke magneto-optische signalen werden gemeten voor goud-magnetiet nanocomposieten en de invloed van de plasmonische goud nanopartikels vastgesteld.
Deze resultaten tonen aan dat het ontwikkelde laag-na-laag syntheseprotocol gebruikt kan worden voor het produceren van homogene dunne filmen van goede kwaliteit. Voordelige en aanpasbare optische eigenschappen, sterke magneto-optische signalen en de geobserveerde resonantieversterking van niet- lineair optische processen van zulke dunne filmen maakt dat deze aantrekkelijke kandidaten zijn voor verder fundamenteel onderzoek in vb. magnetoplasmonica en voor toepassingen zoals sensoren of optische componenten.
In het eerste deel van dit werk stellen we de berekende optische eigenschappen voor van kern-schaal magnetisch-plasmonische nanosferen en -staven in functie van samenstelling, grootte en vorm met de focus op biomedische applicaties. Met deze kennis is het mogelijk om rationeel ontworpen nanostructuren tesynthetiseren die een plasmonband bezitten in het voor biomedische toepassingen voordelige nabij-infrarood spectraal venster en met andere optische eigenschappen zoals verstrooiing en absorptie doorsnedes die gewenst zijn voor potentiële toepassingen in de biowetenschappen.
Omwille van de nadelen van eerder gebruikte syntheseprotocollen voor nanopartikel-gebaseerde magnetisch-plasmonische dunne filmen werd een nieuw syntheseprotocol ontwikkeld. Het protocol zelf, de resulterende materialen en hun lineaire, niet-lineaire en magneto-optische eigenschappen worden beschreven in het tweede deel van dit werk.
Door een nieuw ontwikkelde laag-na-laag synthese met korte bifunctionele moleculaire linkers produceerden we magnetisch-plasmonische nanopartikel multilagen op glazensubstraten. Tijdens de synthese werden geen polymeren of polyelectrolyten gebruikt. De resulterende nanocomposieten waarin goud, zilver en magnetiet nanopartikels werden samengebracht waren homogeen over grote oppervlaktes en hadden grote nanopartikel vulfracties. Hun plasmongolflengte kon worden aangepast over een groot spectraal bereik door het veranderenvan dikte van de composiet, wat mogelijk was door het aantal afgezette lagen te variëren. Theoretische berekeningen werden uitgevoerd om de geobserveerde optische eigenschappen van deze magnetisch-plasmonische structuren te verifiëren en te verklaren. De resultaten van de berekeningen en de vergelijking hiervan met de experimentele observaties leidden ons naar een meer genuanceerd beeld van het laag-na-laag zelf-assemblage proces als functie van het aantal afgezette lagen. Niet-lineair optische microscopiebeelden bevestigden de homogeniteit van het staal en de gegenereerde niet-lineaire optische signalen. Spectrale niet-lineair optische metingen toonden aan dat goud-magnetiet nanopartikel multilagen tweede- enderde-orde niet-lineaire optische processen combineren en simultaan versterken. Sterke magneto-optische signalen werden gemeten voor goud-magnetiet nanocomposieten en de invloed van de plasmonische goud nanopartikels vastgesteld.
Deze resultaten tonen aan dat het ontwikkelde laag-na-laag syntheseprotocol gebruikt kan worden voor het produceren van homogene dunne filmen van goede kwaliteit. Voordelige en aanpasbare optische eigenschappen, sterke magneto-optische signalen en de geobserveerde resonantieversterking van niet- lineair optische processen van zulke dunne filmen maakt dat deze aantrekkelijke kandidaten zijn voor verder fundamenteel onderzoek in vb. magnetoplasmonica en voor toepassingen zoals sensoren of optische componenten.
Datum:1 jan 2011 → 31 dec 2014
Trefwoorden:Magnetoplasmonics, Faraday rotation, Nanochemistry, Magneto-optics, Magnetic field sensors
Disciplines:Fysische chemie, Analytische chemie, Macromoleculaire en materiaalchemie, Anorganische chemie, Organische chemie, Theoretische en computationele chemie, Andere chemie, Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica
Project type:PhD project