Untersuchung von Wechselwirkungen plasmonischer Nanostrukturen

Abstract

Der Fokus der Arbeit liegt auf zwei Effekten, die anhand der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz (LOPR) quasisphärischer Silber Nanopartikel untersucht wurden: Nahfeld-Plasmon-Kopplung und plasmonverstärkte Fluoreszenz. Eine Einkapselung der Silber-Nanopartikel mit Schalen aus amorphem Siliziumdioxid (Silber@Silica) erzeugten zudem verschiedene Abstände zwischen den wechselwirkenden Spezies. Hierdurch wurden die Abstandsabhängigkeiten der verschiedenen Effekte betrachtet. Mit der Lyophilisierung wurde ein Verfahren eingesetzt, das die Silber-Nanostrukturen unter Erhalt ihrer LOPR zu Netzwerken verknüpft. Spektroskopische Untersuchungen ließen erkennen, dass auf die optischen Eigenschaften solcher Netzwerke mehrere Prozesse einwirken. Die Nahfeld-Plasmon-Kopplung zeigte sich dabei in einer spektralen Verschiebung der LOPR zu kürzeren Wellenlängen sowie in einer Zunahme der Linienbreite. Vergrößerte Abstände zwischen den Silber-Nanopartikeln führten wiederum zu optischen Eigenschaften, die denjenigen des eingesetzten Kolloids ähneln. Im Falle der plasmonverstärkten Fluoreszenz beschäftigt sich die Arbeit zunächst mit der Herstellung der Hybridsysteme. Als Fluorophore wurden null-, ein- und zweidimensionale hydrophobe CdSe@CdS-Nanoheterostrukturen eingesetzt. Zudem ließen sich die hydrophoben Fluorophore durch einen Ligandenaustausch mit thiolhaltigen Verbindungen ins wässrige Medium transferieren. Hierzu lieferte eine separate Studie vorab Kenntnisse über die für die Fluoreszenzlöschung relevanten Faktoren. Diesbezüglich beeinträchtigten die infolge des Liganden erzeugten Lochhaftstellen sowie eine mangelhaft passivierte CdSe-Phase die Fluoreszenzeigenschaften der transferierten Nanoheterostrukturen. Wie sich bei der Herstellung der Hybridsysteme herausgestellt hat, stellen die Porosität der Silica-Schale und/oder freie Silber-Spezies signifikante Störfaktoren dar. Die Immobilisierung der Silber@Silica-Nanoheteropartikel in Verbindung mit dem Tropfengussverfahren unter hydrophoben Bedingungen erwies sich jedoch als zielführende Methode. Anhand von Ensemblemessungen konnte hierbei an den null- und eindimensionalen CdSe@CdS-Nanoheterostrukturen eine plasmonverstärkte Fluoreszenz nachgewiesen werden. In diesen Systemen hing die Verstärkung von der Silica-Schalendicke und bei der anisotropen CdSe@CdS-Nanoheterostruktur zusätzlich von deren räumlicher Orientierung ab.