Efecto de la temperatura del gas en la aglomeración de nanopartículas de Au sintetizadas por descarga de chispa y su aplicación en espectroscopía Raman mejorada por superficie
Autores: Kornyushin, Denis; Musaev, Andrey; Patarashvili, Anton; Buchnev, Arseny; Arsenov, Pavel; Ivanov, Matthew; Vershinina, Olesya; Kameneva, Ekaterina; Volkov, Ivan; Efimov, Alexey; Ivanov, Victor
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Hipótesis
Nanopartículas
Temperatura del gas
Tasa de aglomeración
Aerosol
Descarga de chispa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, hemos verificado experimentalmente por primera vez la hipótesis de reducir la tasa de aglomeración de nanopartículas de aerosol producidas por descarga de chispa al disminuir la temperatura del gas portador en el rango de 24 grados C a -183 grados C. La síntesis de nanopartículas se llevó a cabo como resultado de la ablación por chispa de electrodos fabricados con Au con una pureza del 99.998% instalados en una cámara de gas especialmente diseñada sumergida en nitrógeno líquido (-196 grados C) para enfriar el gas portador suministrado a través de uno de los electrodos huecos. Se deduce del análisis de imágenes de microscopía electrónica de transmisión que tanto el tamaño promedio de las nanopartículas primarias como el grado de su sinterización disminuyen si el gas se enfría. Por ejemplo, en el caso de usar nitrógeno como gas portador, el tamaño promedio de las nanopartículas primarias disminuye de 9.4 nm a 6.6 nm a medida que la temperatura del gas disminuye de 24 grados C a -183 grados C. Esto también provoca que los agregados se vuelvan más ramificados, lo que se manifiesta por la reducción de su solidez del 92% al 76%. Se empleó el modelo de aglomeración de Feng basado en la teoría de Smoluchowski para calcular las distribuciones de tamaño de partículas que se encontraron consistentes con los datos experimentales. Las nanopartículas de oro sintetizadas a temperatura ambiente y criogénica del gas portador (N, Ar + H, He) se utilizaron para diseñar nanostructuras plasmonicas en sustratos de alúmina cerámica mediante la tecnología de impresión por chorro de aerosol con el propósito de demostrar la posibilidad de su aplicación en espectroscopia Raman mejorada por superficie (SERS). El factor de mejora de SERS se estimó en 2 x 10^6 a partir del análisis de los espectros SERS y Raman normales de 1,2-bis(4-piridil)etileno utilizado como analito.
Descripción
En este trabajo, hemos verificado experimentalmente por primera vez la hipótesis de reducir la tasa de aglomeración de nanopartículas de aerosol producidas por descarga de chispa al disminuir la temperatura del gas portador en el rango de 24 grados C a -183 grados C. La síntesis de nanopartículas se llevó a cabo como resultado de la ablación por chispa de electrodos fabricados con Au con una pureza del 99.998% instalados en una cámara de gas especialmente diseñada sumergida en nitrógeno líquido (-196 grados C) para enfriar el gas portador suministrado a través de uno de los electrodos huecos. Se deduce del análisis de imágenes de microscopía electrónica de transmisión que tanto el tamaño promedio de las nanopartículas primarias como el grado de su sinterización disminuyen si el gas se enfría. Por ejemplo, en el caso de usar nitrógeno como gas portador, el tamaño promedio de las nanopartículas primarias disminuye de 9.4 nm a 6.6 nm a medida que la temperatura del gas disminuye de 24 grados C a -183 grados C. Esto también provoca que los agregados se vuelvan más ramificados, lo que se manifiesta por la reducción de su solidez del 92% al 76%. Se empleó el modelo de aglomeración de Feng basado en la teoría de Smoluchowski para calcular las distribuciones de tamaño de partículas que se encontraron consistentes con los datos experimentales. Las nanopartículas de oro sintetizadas a temperatura ambiente y criogénica del gas portador (N, Ar + H, He) se utilizaron para diseñar nanostructuras plasmonicas en sustratos de alúmina cerámica mediante la tecnología de impresión por chorro de aerosol con el propósito de demostrar la posibilidad de su aplicación en espectroscopia Raman mejorada por superficie (SERS). El factor de mejora de SERS se estimó en 2 x 10^6 a partir del análisis de los espectros SERS y Raman normales de 1,2-bis(4-piridil)etileno utilizado como analito.