Příprava přímých a inverzních opálových struktur pro senzory založené na povrchem zesíleném Ramanově rozptylu (SERS)

Abstract

Práce se zabývá přípravou a charakterizací SERS aktivních substrátů na bázi přímých a inverzních opálových struktur ve formě tenkých vrstev na křemíkových podložkách. Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie (SERS) je účinnou metodou pro kvalitativní, ale i kvantitativní analýzu chemického složení zkoumaných vzorků. Hlavní výhodou této spektroskopické techniky je řádový nárůst citlivosti, který je způsoben zvětšením účinného průřezu Ramanova rozptylu prostřednictvím metalodielektrických nanostrukturovaných substrátů. Těžištěm této práce jsou zejména praktické a teoretické aspekty přípravy substrátů pomocí technik založených na samouspořádání mikro- a nanočástic. Mezi ně patří například uspořádání na hladině kapaliny, drop-coating, nebo dip-coating. Tyto metody lze jednoduše využít pro rychlou a levnou přípravu účinných substrátů s dobrou reprodukovatelností. Experimentální část práce se mimo jiné zabývá využitím techniky uspořádání na vodní hladině pro přípravu tenkých vrstev sférických nanočástic. Techniku se podařilo optimalizovat pro přípravu monovrstev nanočástic z oxidu křemičitého o průměru 50 nm. Připravit se s využitím této metody podařilo také monovrstvy kompozitních nanočástic se zlatými jádry průměru 21 nm, obalené SiO2 slupkami o tloušťce 19 nm. Na připravené struktury byla pomocí magnetronového naprašování deponována vrstva zlata a jejich SERS-aktivita byla ověřena provedením spektroskopických měření.

The thesis deals with preparation and characterization of SERS active substrates based on direct and inverse opal structures in the form of thin layers on silicon substrates. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is an efficient method for qualitative, but also quantitative analysis of chemical composition of samples studied. The main advantage of this spectroscopic technique is the order of magnitude increase in sensitivity, which is caused by an increase in the effective cross-section of Raman scattering through metallodielectric nanostructured substrates. The main focus of this work is on practical and theoretical aspects of preparation of substrates using techniques based on self-assembly of micro- and nanoparticles. Among these are, for example, assembly on water surface, drop-coating or dip-coating. These methods can be easily used for the quick and inexpensive preparation of efficient substrates with good reproducibility. The experimental part of the thesis inter alia deals with the use of assembly on water surface technique for the preparation of thin layers of spherical nanoparticles. The technique has been optimized for the preparation of monolayers of silicon dioxide nanoparticles with a diameter of 50 nm. With the use of this method, monolayers of composite nanoparticles with 21 nm gold cores coated with 19 nm thick SiO2 shells were also prepared. On the prepared structures, a layer of gold was deposited by magnetron sputtering and their SERS-activity was verified by performing spectroscopic measurements.