ИСТИНА

Разработке подходов к созданию планарных ансамблей наночастиц с заданными спектральными свойствами уделяется большое внимание исследователей в связи с перспективой использования таких систем в оптоэлектронных наноустройствах, для создания сенсорных элементов и оптических сред. Основные требования, которые предъявляют современные технологии к данным методам – невысокая стоимость, простота и универсальность. В настоящее время существует несколько подходов к созданию плазмонных двумерных ансамблей на твердых поверхностях – электронно-лучевая нанолитография, блоксополимерная мицеллярная литография, самоорганизация наночастиц с помощью органических «линкеров» в объеме раствора с последующим осаждением на различные подложки, выпаривание коллоидного раствора на твердых поверхностях. Однако ни один из перечисленных методов в полной мере не отвечает заявленным требованиям. Для решения поставленной задачи нами был использован метод субстрат-индуцированной конденсации монослоев Ленгмюра на поверхности коллоидного раствора наночастиц. На поверхность цитрат-стабилизированного гидрозоля золота (размер частиц 18±1 нм) наносят эквимолярную смесь октадециламина и стеариновой кислоты, которая спонтанно конденсируется при контакте с наночастицами. Такое поведение ПАВ обусловлено отрицательным отклонением поведения смеси от идеального. Адсорбция частиц на таком монослое приводит к эффекту, эквивалентному понижению температуры смеси ПАВ, то есть, увеличению взаимодействия между молекулами в монослое и его спонтанной конденсации. В свою очередь, изменение фазового состояния смеси ПАВ инициирует агрегацию адсорбированных на монослое частиц с образованием двумерных коллоидных гелей, представляющих собой упорядоченные ансамбли частиц, иммобилизованные в химически инертной органической двумерной фазе. Положение максимума поглощения ансамбля наночастиц зависит от его строения и может варьировать от 520 до 650 нм. Сравнительный анализ спектральных данных и микрофотографий, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии, позволил установить зависимость между положением максимума поглощения и строением плазмонного ансамбля. Записывая спектры через короткие промежутки времени, можно подбирать необходимые спектральные характеристики ансамбля с нужным положением максимума поглощения и переносить эти структуры на твердую поверхность. Сравнение спектров поглощения плазмонного ансамбля на поверхности гидрозоля золота и после переноса на кварцевую подложку показало, что ансамбли с перколированной структурой не агрегируют в процессе переноса - спектр поглощения практически не изменяется, в то время как в системах с кластерным строением максимум поглощения может смещаться на 30 нм в длинноволновую область, что говорит об агрегации наночастиц при переносе из-за неполной кристаллизации органической матрицы. Для решения этой проблемы мы использовали новый подход к стабилизации ансамблей с кластерной структурой с помощью добавления к гидрозолю золота цитрат-стабилизированного гидрозоля наночастиц оксида церия (СеО2НЧ) с размером частиц 2-5 нм. Адсорбция наночастиц СеО2 на монослое ПАВ, аналогично действию золотых наночастиц, также приводит к спонтанной конденсации органической пленки. Однако скорость диффузии наночастиц золота и оксида церия значительно отличаются из-за десятикратного различия в размере частиц. При конкурентной адсорбции наночастиц из смешенного золя более подвижные СеО2НЧ образуют на монослое жесткую, плотную пленку, ограничивающую латеральную подвижность золотых наночастиц, тем самым стабилизируя плазмонные ансамбли с кластерной структурой. Поскольку наночастицы СеО2 прозрачны для видимого света, в спектре поглощения смешанной системы наблюдается только полоса поглощения золотых наночастиц. Предложенный подход формирования плазмонных ансамблей наночастиц на твердых поверхностях является универсальным, поскольку позволяет в одну стадию при одинаковом составе начальной системы, изменяя только время формирования ансамбля, получать структуры с заданными спектральными характеристиками и варьировать их в широком диапазоне с нанометровым разрешением.