Colloidal synthesis, structural characterization and assembly of plasmonic metal nanorods

Resumen

La Nanoplasmónica se basa en el control de la luz a través de estructuras más pequeñas que su longitud de onda, en particular con dimensiones nanométricas. Esta posibilidad de manipular la luz (normalmente en el visible e infrarrojo cercano, NIR) se debe a la presencia de resonancias plasmónicas superficiales localizadas en nanoestructuras metálicas y presenta gran variedad de aplicaciones en campos como la medicina, o los metamateriales. La fabricación de nanomateriales eficientes en nanoplasmónica requiere un alto grado de control de la morfología (tamaño y forma) de las nanopartículas que los componen, su nivel de orden e interacciones mutuas, así como su caracterización a diferentes niveles. Entre los métodos de fabricación y ensamblaje de nanocristales metálicos, la Química Coloidal se ha convertido en uno muy popular debido al gran desarrollo que ha experimentado durante las últimas décadas. Normalmente, el ensamblaje controlado de las nanopartículas es necesario para obtener una amplificación de las propiedades de las nanopartículas individuales, o incluso la generación de propiedades propias y únicas del conjunto. Además, la comprensión detallada de estas propiedades requiere su caracterización óptica a distintos niveles, desde la nanopartícula al colectivo, pasando por uniones de partículas con distintos tamaños y dimensiones. En esta tesis doctoral se pretende desarrollar, comparar, y evaluar distintos métodos experimentales, que permitan modular la extensión y dimensión (1D, 2D y 3D) de ensamblajes de nanopartículas plasmónicas, a fin de entender y controlar los fenómenos que definen el proceso de ensamblaje, tanto sobre sustratos de interés tecnológico como en disolución . Para ello se usará principalmente: (i) agentes químicos (surfactantes o polímeros) que den estabilidad al conjunto de nanopartículas, y (ii) campos externos como campos eléctricos o gravitatorios (centrifugación o spin coating) que puedan resolver los problemas derivados de la estabilidad coloidal en disolución, así como en interfases y superficies. La caracterización óptica de las nanopartículas ensambladas no solo implica la medida de su respuesta óptica lineal (usando técnicas de microespectroscopía a nivel de una partícula) sino también su capacidad para aumentar señales en espectroscopias amplificadas por superficies, tales como la espectorscopía Raman amplificada por superficie (SERS) o de fluorescencia (SEF). Adicionalmente, se va estudiar y desarrollar la inducción de morfologías quirales en dichos ensamblajes con la finalidad de obtener sistemas ópticamente activos con respuesta en dicroísmo circular.A Nanoplasmónica baséase no control da luz a través de estruturas menores que a seu lonxitude de onda, en particular con dimensións nanometricas. Esta capacidade de manipular a luz (xeralmente na visible e infravermello próximo, NIR) é debido á presenza de resonancia plasmon de superficie, en metal nanoestruturas situado e presenta unha variedade de aplicacións en campos como a medicina, ou metamateriais. A fabricación de nanomateriais eficientes en nanoplasmónica require un alto grao de control da morfoloxía (tamaño e forma) das nanopartículas que as compoñen, o seu nivel de orde e as interaccións mutuas ea súa caracterización en diferentes niveis. Entre os métodos de fabricación e montaxe de nanocristais de metais, a química coloidal fisoxe moi popular debido ao grande desenvolvemento que experimentou nas últimas décadas. Normalmente, o ensamblaxe controlada de nanopartículas fai falta para obter unha ampliación das propiedades das nanopartículas individuais, ou mesmo a xeración de propiedades únicas coma un todo. Ademais, a comprensión detallada destas propiedades esixen caracterización óptica en varios niveis, dende as nanopartículas ata o grupo, a través dos grupos de partículas con diferentes tamaños e dimensións. Nesta tese ten como obxectivo desenvolver, comparar e avaliar diferentes métodos experimentais que permiten modular a extensión e a dimensión (1D, 2D e 3D) dos ensamblaxes de nanopartículas plasmónicas, a fin de comprender e controlar os fenómenos que definen o proceso de ensamblaxe tanto nun substrato de interese tecnolóxico coma en unha disolución. Para elo usasé principalmente (i) os axentes químicos (surfactantes ou polímeros) que dan estabilidade o ensamblaxe de nanopartículas, e (ii) campos externos, tales como eléctrico ou gravitacional (centrifugación ou spin Coating) que pode resolver os problemas de estabilidade da disolución coloidal e en interfaces e superficies. A caracterización óptica dos ensamblaxes de nanopartículas implica non só a medida da súa resposta óptica linear (usando técnicas microespectroscopia ao nivel dunha partícula), senon tamén a súa capacidade de aumentar o sinal amplificado por espectroscopia Raman de superficie ( SERS) ou fluorescencia (SEF). Ademais, que vai estudar e desenvolver a indución de morfoloxía quiralidade destes conxuntos, a fin de obter sistemas ópticas activa con resposta dicroísmo circular.