Charakterizace velikosti polydisperzních nanočástic rozličných tvarů: Komparativní studie metod AFM a DLS

Abstract

Běžné materiály získávají nové vlastnosti, ať již optické, fyzikální, chemické a jiné, jsou-li vyrobeny v nanorozměrech. Tato skutečnost je převážně spojena s faktem, že takto male částice mají velký poměr plochy ku objemu v porovnání s běžnými konfiguracemi těchto materiálů. Vlastnosti nanočástic závisí z převážné části na jejich velikosti a tvaru. Proto je důležité mít prostředek pro určování velikosti a tvaru, s touto znalostí by pak bylo možné i předpovídat vlastnosti dodaných nanočástic. Kovové nanočástice jsou skvělým modelovým materiálem díky své snadné syntéze v různých velikostech a tvarech. Existuje mnoho metod pro určování velikostní distribuce nanočástic. Cílem této práce je použití dvou různých metod - mikroskopu atomárních sil (AFM) a dynamického rozptylu světla (DLS) - jejich porovnání a diskuze jejich vhodnosti pro charakterizaci tvaru a velikosti nanočástic. Kovové nanočástice byly deponovány na sklíčko pro AFM měření, pro měření pomocí DLS zůstaly v koloidním roztoku. Byl napsán program pro zpracování obrazových dat z výsledků AFM. Získaná data byla porovnána s výsledky Transmisního elektronového mikroskopu (TEM). Výsledky ukazují, že AFM i DLS měření vedou k srovnatelných výsledkům, v případě sférických nanočástic. Nicméně, DLS není možno, v daném nastavení, použít pro charakterizaci nanočástic ve tvaru tyčí. Oproti tomu AFM je, i přes komplikovanější analýzu dat, srovnatelné s TEM.

When produced in nanometre sizes, ordinary materials obtain new and exciting properties - optical, physical, chemical and others. This is mainly connected to the fact that such small particles offer a great surface-to-volume ratio, unlike bulk materials. These properties and characteristics are greatly dependent on the nanoparticle size and shape. Therefore, it is important to have a tool of determining the nanoparticle size and shape in order to predict its behaviour when using them. Metallic nanoparticles are a great material for a model system, because of their easy synthesis in different sizes and shapes. There are multiple methods for nanoparticle size distribution determination. The aim of this study is to use two of these methods - Atomic Force Microscopy (AFM) and Dynamic Light Scattering (DLS) - compare them and discuss their suitability for characterizing nanoparticle size and shape for samples of different shapes. The metallic nanoparticle (gold and silver) samples were prepared for AFM by deposition on a cover glass, for DLS they remained in a colloidal solution. An image processing program was programmed for the data analysis of AFM results. The data were compared to TEM images. Our results show that the AFM and DLS methods are quite comparable in the means of spherical nanoparticles, however DLS in the setup used cannot characterize rod-like nanoparticles, whereas AFM in such cases is, even with difficult data analysis, comparable to the TEM images.