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Impresión óptica de nanopartículas metálicas


Optical printing of metallic nanoparticles

Gargiulo, Julián

Director(a):
Stefani, Fernando D.
 
Institución otorgante:
Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Fecha:
2017-03-23
Tipo de documento: 
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 
Formato:
application/pdf
Idioma:
spa
Temas:
FABRICACION DE PATRONES DE PARTICULAS COLOIDALES - NANOPARTICULAS METALICAS - MANIPULACION OPTICA - TERMOFORESIS - QUIMICA ASISTIDA POR PLASMONICA - COLLOIDAL NANOPATTERNING - METAL NANOPARTICLES - OPTICAL MANIPULATION - THERMOPHORESIS - PLASMON-ASSISTED CHEMISTRY
Descripción:
Las nanopartículas metálicas (MNPs) presentan propiedades optoelectrónicas únicas que dependen de su forma y su tamaño y que no están presente en partículas de tamaños macroscópicos. Estas propiedades surgen a partir de sus resonancias plasmónicas superficiales localizadas (LSPRs), que producen intensificaciones enormes del campo electromagnético cerca de la superficie de las MNPs y aumentan sus secciones eficaces de dispersión y absorción. Estos efectos han motivado el uso de las MNPs en muchas aplicaciones del campo de la nanotecnología, incluyendo el sensado ultra-sensible, celdas solares, fotónica, microscopía, catálisis, medicina y farmacéutica. La fabricación de MNPs puede conseguirse mediante métodos top-down(de arriba hacia abajo) o bottom-up(de abajo hacia arriba). En los primeros, un proceso litográfico o de ataque químico le agrega morfología a una película metálica previamente depositada sobre un sustrato. De esta manera pueden fabricarse estructuras en dos dimensiones con alta precisión y resolución. Sin embargo, la calidad del material es en general pobre y se obtienen partículas policristalinas con bordes rugosos. Además, la combinación de dos o más materiales mediante estas técnicas es complicada. Por otro lado, MNPs de una gran variedad de formas y composiciones pueden ser producidas en procesos bottom-up mediante sintesis química. Estas MNPs son monocristalinas y se les puede dar funciones químicas o biológicas específicas en su superficie. Sin embargo, las MNPs coloidales se obtienen en suspensiones líquidas y no es fácil controlar su ensamblado en posiciones precisas de un sustrato. Uno de los desafíos actuales de la nanotecnología es el desarrollo de un método para controlar su ensamblado con precisión nanométrica, lo que permitiría la aplicación de la enorme librería de partículas coloidales en nano y micro-dispositivos. La impresión óptica de MNPs es un método puramente óptico que puede cumplir este objetivo. El mismo emplea láseres fuertemente enfocados para atrapar MNPs desde una suspensión coloidal y llevarlas individualmente hasta posiciones específicas de un sustrato con gran precisión y versatilidad de diseño. Debido a que esta basada en fuerzas ópticas y que la interacción de la luz depende fuertemente de la forma y el material de la MNP, la técnica tiene un gran potencial para la deposición selectiva de diferentes tipos de MNPs y su combinación en patrones organizados. Esta tesis presenta un estudio sistemático de la precisión y la resolución de la técnica de impresión óptica de nanoparticulas metálicas. Su potencial, sus limitaciones y perspectivas son analizadas en base a experimentos y consideraciones teóricas. En primer lugar, la precisión para inmovilizar MNPs únicas fue estudiada en función de la potencia del láser de impresión, para MNPs esféricas de oro y plata. Se identificaron dos regímenes diferentes, dependiendo de si el láser utilizado estaba o no sintonizado con la LSPR de la partícula. Sorprendentemente y a pesar de ser una técnica óptica de campo lejano, es posible imprimir MNPs con una precisión cercana a los 50nm, muy por debajo del límite de difracción. Luego se estudió la resolución de la impresión óptica, entendida como la capacidad de imprimir dos o más partículas a distancia controlada. Antes de este trabajo hubo varios reportes en donde se mostró que era imposible imprimir dos partículas a distancias menores que 200 - 300 nm, debido a una repulsión de naturaleza incierta. Este hecho constituyó una importante limitación en la técnica, que impidió su implementación para fabricar circuitos de MNPs conectadas o estructuras con partículas acopladas plasmonicamente. En esta tesis se estudiaron los orígenes de esa repulsión y se encontró que estaba relacionada al calentamiento óptico de las partículas ya impresas sobre el sustrato. Se propusieron y pusieron a prueba experimentalmente varias estrategias para lograr la impresión de partículas conectadas, lográndose por primera vez la impresión óptica de partículas conectadas y con orientación bien definida. Finalmente, la impresión óptica fue utilizada como una herramienta para el estudio sistemático de reacciones químicas el nivel de partícula única. NPs de oro impresas ópticamente fueron usadas como semillas a partir de las cuales se obtuvieron NPs más grandes mediante la reducción asistida por plasmónica de HAuCl4acuoso. De esta manera la geometría final de cada partícula se controló independientemente.
Identificador:
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6154_Gargiulo
Derechos:
info:eu-repo/semantics/openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Licencia de uso:
Licencia Creative Commons


Cita bibliográfica:

Gargiulo, Julián  (2017-03-23).     Impresión óptica de nanopartículas metálicas.  (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis).    Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.    [consultado:  ] Disponible en el Repositorio Digital Institucional de la Universidad de Buenos Aires:  <http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6154_Gargiulo>