ساخت نانوساختارهای پلاسمونیک نقره و مطالعه دینامیک مولکولی اثر غلظت پلی‌وینیل‌پیرولیدن بر خواص فوتوفیزیکی و ریزساختار آنها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پژوهشکده رنگ و پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشیار، پژوهشکده رنگ و پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 استادیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در پژوهش حاضر از روش فاز حلالی اتیلن گلایکول به کمک پلی وینیل پیرولیدن (PVP) جهت ساخت نانوساختارهای نقره در حضور هسته­ساز FeCl3 بهره گرفته می­شود. همچنین علاوه بر آنالیزهای آزمایشگاهی جهت بررسی اثر غلظت PVP بر روی رشد نانوساختارها، از روش شبیه­سازی دینامیک مولکولی نیز جهت مطالعه ساز­و­کار رشد کریستالی نانوساختارهای نقره استفاده می شود. نتایج آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) در کنار نتایج شبیه­سازی دینامیک مولکولی نشان داد که PVP در غلظت بهینه به عنوان عامل محافظت­کننده و پایدار­کننده به علت انرژی­های برهمکنش متفاوت Ag-O با صفحات کریستالی مختلف نقره، منجر به رشد ناهمگون نقره و تشکیل نانوسیم می­گردد. همچنین خواص پلاسمونیک نانوساختارهای سنتز شده با بهره­گیری آزمون طیف­سنجی مرئی- فرابنفش (UV-Vis) مورد مطالعه قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. T. J. Antosiewicz, M. Käll, A Multiscale Approach to Modeling Plasmonic Nanorod Biosensors, J. Phys. Chem. C. 120 (2016) 20692-20701.

2. Q. Tang, H. Shen, H. Yao, Y. Jiang, C. Zheng, K. Gao, Preparation of silver nanowire/AZO composite film as a transparent conductive material, Ceram. Int. 43 (2017) 1106-1113.

3. G. Lu, L. Hou, T. Zhang, J. Liu, H. Shen, Ch. Luo, and Q. Gong, Plasmonic Sensing via Photoluminescence of Individual Gold Nanorod, J. Phys. Chem. C. 116 (2012) 25509-25516.

4. H. Liu, T. Liu, X. Dong, R. Hua, Z. Zhu, Preparation and enhanced photocatalytic activity of Ag-nanowires@SnO2 core–shell heterogeneous structures, Ceram. Int. 40 (2014) 16671-16675.

5. W. Wang, Q. Yang, F. Fan, H. Xu, Z. L. Wang, Light Propagation in Curved Silver Nanowire Plasmonic Waveguides, Nano Lett. 11 (2011) 1603-1608.

6. C. H. Kim, S.H. Cha, S. C. Kim, M. Song, J. Lee, W. S. Shin, S.J. Moon, J. H. Bahng, N. A. Kotov, S.H. Jin, Silver Nanowire Embedded in P3HT:PCBM for High-Efficiency Hybrid Photovoltaic Device Applications, ACS Nano. 5 (2011) 3319-3325.

7. N. R. Jana, Gram-Scale Synthesis of Soluble, Near-Monodisperse Gold Nanorods and Other Anisotropic Nanoparticles, Small. 1 (2005) 875-882.

8. B. Nikoobakht, M. A. El-Sayed, Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method, Chem. Mater. 15 (2003) 1957-1962.

9. K. I. Requejo, A. V. Liopo, P. J. Derry, E. R. Zubarev, Accelerating Gold Nanorod Synthesis with Nanomolar Concentrations of Poly(vinylpyrrolidone), Langmuir. 33 (2017) 12681-12688.

10. X. Liu, J. Yao, J. Luo, X. Duan, Y. Yao, T. Liu, Effect of Growth Temperature on Tailoring the Size and Aspect Ratio of Gold Nanorods,, Langmuir. 33 (2017) 7479-7485.

11. N. R. Jana, L. Gearheart, Catherine J. Murphy, Wet Chemical Synthesis of High Aspect Ratio Cylindrical Gold Nanorods, J. Phys. Chem. B. 105 (2001) 4065-4067.

12. Y. Sun, B. Mayers, Th. Herricks, Y. Xia, Polyol Synthesis of Uniform Silver Nanowires: A Plausible Growth Mechanism and the Supporting Evidence, Nano Letters. 3 (2003) 955-960.

13. Y. Sun, Y. Xia, Large scale synthesis of uniform silver nanowires through a soft, self-seeding polyol process, Adv. Mater. 14 (2002) 833-837.

14. J. Q, Hu, Qing Chen, Zhao-Xiong Xie, Guo-Bin Han, R. H. Wang, B. Ren, Y. Zhang, Z. L. Yang, Z. Q. Tian, A simple and effective route for the synthesis of crystalline silver nano rods and nanowires, Adv. Funct. Mat. 14 (2004) 183-189.

15. J. Yue, X. Jiang, Q. Zeng, A. Yu, Experimental and numerical study of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)-directed synthesis of goethite nanorods, Solid State Sci. 12 (2010) 1152-1159.

16. H. Zhu, M. Chen, J. Yue, L. Liang, X. Jiang, Experimental and theoretical studies on the role of silver in gold nanorods growth, J. Nanopart. Res. 19 (2017) 183-195.

17. Q. Zeng, X. Jiang, A. Yu, G. (Max) Lu, Growth mechanisms of silver nanoparticles: a molecular dynamics study, Nanotech.  18 (2007) 035708-035715.

18. L. Chen, S.Lam, Q. Zeng, R. Amal, A. Yu, Effect of Cation Intercalation on the Growth of Hexagonal WO3 Nanorods, J. Phys. Chem. C. 116 (2012) 11722-11727.

19. Z. Peng, H. You, H. Yang, Composition-Dependent Formation of Platinum Silver Nanowires, ACS Nano. 4 (2010), 1501-1510.

20. J. Yu, M.L. Becker, G.A. Carri, A Molecular Dynamics Simulation of the Stability-Limited Growth Mechanism of Peptide-Mediated Gold-Nanoparticle Synthesis, Small. 18 (2010) 2242-2245

21. H. Xu, C. Kan, J. Wei, Y.Ni, C. Miao, C. Wang, S. Ke, D. Shi, Synthesis and Plasmonic Property of Ag Nanorods, Plasmonic. 11 (2016) 1645-1652.

22. A. K Ojha, S. Forster, S. Kumar, S. Vats, S. Negi, I. Fischer, Synthesis of well-dispersed silver nanorods of different aspect ratios and their antimicrobial properties against gram positive and negative bacterial strains, J. Nanobiotech. 11 (2013) 42-49.

23. R. L. Zong, J. Zhou, Q. Li, B. Du, B. Li, M. Fu, X.W. Qi, L.T. Li, Synthesis and Optical Properties of Silver Nanowire Arrays Embedded in Anodic Alumina Membrane, J. Phys. Chem. B. 108 (2004) 16713-16716.

24. S. Linic, P. Christopher, D. B. Ingram, Plasmonic-metal nanostructures for efficient conversion of solar to chemical energy, Nat. Mater. 10 (2011) 911-921.

25. Y. Jin, K. Wang, Y. Cheng, Q. Pei, Y. Xu, and F. Xiao, Removable Large-Area Ultrasmooth Silver Nanowire Transparent Composite Electrode, ACS Appl. Mater. Interfaces. 9 (2017) 4733-4741.

26. J. H. Yim, S.y. Joe, C. Pang, K. M. Lee, H. Jeong, J.Y. Park, Y. H. Ahn, J. C. de Mello, S. Lee, Fully Solution-Processed Semitransparent Organic Solar Cells with a Silver Nanowire Cathode and a Conducting Polymer Anode, ACS Nano. 8 (2014) 2857-2863.

27. Y. Cui, I.Y. Phang, R. S. Hegde, Y. H. Lee, X. Yi Ling, Plasmonic Silver Nanowire Structures for Two-Dimensional Multiple-Digit Molecular Data Storage Application, ACS Photonics. 1 (2014) 631-637.

28. Y. Ahn, H. Lee, D. Lee, Y. Lee, Highly Conductive and Flexible Silver Nanowire-Based Microelectrodes on Biocompatible Hydrogel, ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2014) 18401-18407.

29. H. Zhang, P. Yilmaz, J. O. Ansari, F. F. Khan, R. Binions, S. Krause, S. Dunn, Incorporation of Ag nanowires in CuWO4 for improved visible light-induced photoanode Performance, J. Mater. Chem. A, 3 (2015) 9638-9644.

30. J. M. Renoirt, M. Debliquy, J. Albert, A. Ianoul, C. Caucheteur, Surface Plasmon Resonances in Oriented Silver Nanowire Coatings on Optical Fibers, J. Phys. Chem. C. 118 (2014) 118 11035-11042.

31. K. E. Korte, S. E. Skrabalak, Y. Xia, Rapid synthesis of silver nanowires through a CuCl- or CuCl2 -mediated polyol process, J. Mater. Chem. 18 (2008) 437-441.

32. M. R. Johan, N. A. K. Aznan, S. T. Yee, I. H. Ho, S. W. Ooi, N. D. Singho, F. Aplop, Synthesis and Growth Mechanism of Silver Nanowires through Different Mediated Agents (CuCl2 and NaCl) Polyol Process, J. Nanomater. 2014 (2014), 1-7.

33. J. Chen, T. Herricks, M. Geissler and Y. Xia, Single-Crystal Nanowires of Platinum Can Be Synthesized by Controlling the Reaction Rate of a Polyol Process, J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 10854-10855.