Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các đế Nano kim loại - giấy nhằm phát hiện lượng vết Methyl đỏ bằng tán xạ Raman tăng cường bề mặt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

––––––––––––––––––––––––––––––

ĐỖ VĂN ĐỨC

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA CÁC ĐẾ NANO KIM LOẠI - GIẤY NHẰM PHÁT HIỆN

LƯỢNG VẾT METHYL ĐỎ BẰNG TÁN XẠ RAMAN

TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

THÁI NGUYÊN - 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

––––––––––––––––––––––––––––––

ĐỖ VĂN ĐỨC

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA CÁC ĐẾ NANO KIM LOẠI – GIẤY NHẰM PHÁT HIỆN

LƯỢNG VẾT METHYL ĐỎ BẰNG TÁN XẠ RAMAN

TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT

Chuyên ngành: QUANG HỌC

Mã số: 8440110

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Xuân Hòa

TS. Nguyễn Đắc Diện

THÁI NGUYÊN - 2021

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Vũ Xuân

Hòa và TS. Nguyễn Đắc Diện - Những người Thầy đã tận tình hướng dẫn và truyền

cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học trong suốt quá trình hoàn

thành bản luận văn này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, các cô Khoa Vật lý và Công nghệ - Trường

Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, trong suốt hai năm qua, đã truyền đạt

những kiến thức quý báu để chúng tôi hoàn thành tốt luận văn này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu và các thầy cô giáo Trường THPT

Nguyễn Thiện Thuật, nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện để tôi được tham gia khóa

học và hoàn thành luận văn.

Cuối cùng tôi xin được cảm ơn tới gia đình và bạn bè. Những người luôn ở bên

cạnh và ủng hộ tôi, đã cho tôi những lời khuyên và động viên tôi hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 07 năm 2021

HỌC VIÊN

Đỗ Văn Đức

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i

DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................... iv

DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................viii

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................... 4

1.1. Tổng quan về các nano kim loại quý ........................................................... 4

1.1.1. Tính chất quang học đặc trưng của nano kim loại.................................. 6

1.1.2. Lý thuyết Mie và lý thuyết Gans – sự phụ thuộc các tính chất quang

vào kích thước và hình dạng hạt............................................................... 8

1.1.3. Tính chất quang của các đế giấy nano -kim loại AgAu ........................ 13

1.2. Một số phương pháp chế tạo đế giấy - kim loại dùng cho SERS ............ 16

1.2.1. Chế tạo đế SERS kim loại-giấy bằng cách gián tiếp ............................ 16

1.2.2. Phương pháp nuôi mầm trên hạt silica và trên đế giấy........................ 17

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................... 19

2.1. Chế tạo các đế nano kim loại-giấy........................................................... 19

2.1.1. Một số dụng cụ và thiết bị chính đã sử dụng ........................................ 20

2.1.2. Một số hóa chất đã sử dụng .................................................................. 20

2.1.3. Chế tạo keo nano bạc dạng cầu trên giấy............................................. 21

2.1.3. Chế tạo các khung nano lưỡng kim Ag/Au trên đế giấy ....................... 22

2.2. Các phương pháp khảo sát ....................................................................... 23

2.2.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM – Transmission Electron

Microscopy)............................................................................................. 23

2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscopy)...... 25

2.2.3. Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD)............................................... 26

2.2.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) ............................................. 27

2.2.5. Phổ hấp thụ (UV-Vis – Ultraviolet Visible).......................................... 29

iii

2.2.6. Phổ tán xạ Raman ................................................................................. 31

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 33

3.1. Chế tạo các nano Ag và khung nano hợp kim Ag/Au trên giấy và cơ chế

phát triển.................................................................................................. 33

3.2. Tính chất của các khung nano hợp kim Ag/Au ....................................... 35

3.2.1. Hình thái và kích thước......................................................................... 35

3.2.2. Hấp thụ UV-Vis..................................................................................... 37

3.1.3. Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học các nguyên tố ...................... 39

3.3. Ứng dụng các đế nano kim loại-giấy để phát hiện methylene đỏ

bằng SERS ............................................................................................. 43

KẾT LUẬN.................................................................................................... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 48

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Sự tạo thành dao động plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại..... 7

Hình 1. 2. Một vài dạng đĩa nano Ag dạng tam giác ........................................ 8

Hình 1. 3. Phổ hấp thụ của đĩa nano Ag........................................................... 8

Hình 1. 4. Phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon của các hạt nano vàng kích

thước 9, 22, 48 và 99 nm .............................................................. 10

Hình 1. 5. Sự phụ thuộc phổ hấp thụ plasmon bề mặt vào kích thước của

thanh nano vàng với các tỷ lệ tương quan: R = 2,7 ;R = 3,3........ 11

Hình 1.6. Ảnh chụp các giấy (a), ảnh dung dịch AgNPs (b), và ảnh chụp của

các đế giấy khi được tiêm các nano bạc lên bề mặt (c-f) ............. 14

Hình 1.7. (a) Phổ hấp thụ của các AgNPs, AuNPs. (b-d) Ảnh FESEM của các

đế giấy và các nano Ag/Au NPs trên đế giấy. (e, f) Phổ tán sắc năng

lượng (EDX) và bản đồ mầu tương ứng của Ag/Au NPs................ 15

Hình 1.8. (a) Phổ SERS thu được từ đế AuNPs hình cầu với nồng độ khác

nhau của NB và (b) sự phụ thuộc tuyến tính của logarit nồng độ

với cường độ ở số sóng 1360 và 1505 cm-1................................. 16

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp nuôi mầm................................. 17

Hình 1.10. Các thay đổi trong các nồng độ nguyên tử của các phần tử phát

triển trong dung dịch như một hàm theo thời gian I) giai đoạn

sinh ra các nguyên tử II) giai đoạn tạo hạt nhân và III) giai đoạn

hinh thành và phát triển hạt mầm [8,9]......................................... 18

Hình 2.1. Ảnh một số thiết bị tại Khoa Vật lý và Công nghệ đã được sử dụng

cho đề tài luận văn ........................................................................ 20

Hình 2.2. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ........................... 25

Hình 2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL) thuộc Viện Vệ

sinh dịch tễ trung ương ................................................................. 25

Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc hệ đo SEM............................................................... 26