Nanocubes d'argent

Les propriétés optiques des nanoparticules d’argent peuvent être ajustées en contrôlant la forme et la taille des particules. Parmi la variété de nanoparticules d’argent façonnées, les nanocubes d’argent ont suscité un intérêt particulier en raison de leur morphologie distinctive. En contrôlant les conditions de réaction pendant la synthèse, des nanoparticules d'argent en forme de cube très uniformes dotées de propriétés optiques, électriques et chimiques uniques peuvent être synthétisées. Les nanocubes d'argent ont été utilisés pour un large éventail d'applications, notamment la détection plasmonique, la diffusion Raman améliorée en surface (SERS), les métamatériaux, la catalyse et la bionanotechnologie.

Ce module décrit les propriétés physiques et optiques des nanocubes d'argent de différentes tailles, ainsi que leur utilisation pour la détection SERS et d'autres applications.

L'effet de la forme et de la taille du cube sur les propriétés optiques

Les propriétés optiques des nanocubes d'argent dépendent de leur taille, le pic de résonance plasmonique de surface des cubes se déplaçant vers des longueurs d'onde plus longues à mesure que le diamètre du nanocube augmente. Cependant, en raison de leur forme cubique, les nanocubes d’argent ont des propriétés optiques différentes de celles des nanosphères de taille similaire. Par exemple, les nanocubes d'argent ont des coins et des bords nets qui donnent naissance à des modes plasmoniques supplémentaires qui se produisent à différentes longueurs d'onde de résonance dans le spectre.

Pour les nanocubes de petites dimensions, tels que les nanocubes de 40 nm de diamètre présentés ci-dessous, ces modes plasmoniques sont regroupés et le pic d'extinction du premier mode dipolaire (longueur d'onde de résonance la plus élevée) domine.

À mesure que la taille des nanocubes augmente, les longueurs d'onde de résonance des modes plasmoniques d'ordre supérieur deviennent plus séparées et distinctes, et leur intensité spectrale augmente. Comme indiqué ci-dessous, les pics d'extinction de ces modes plasmoniques supérieurs apparaissent dans les régions visible et proche infrarouge du spectre. L'augmentation de la taille des cubes entraîne également un redshift dans la position du pic dipolaire de ∼450 à ∼700 nm à mesure que la taille moyenne des cubes augmente de 50 à 150 nm. Ce pic d'absorption devient large et relativement moins intense à mesure que la taille du cube augmente.

En raison de ces multiples modes plasmoniques, les nanocubes mesurant entre 60 et 200 nm sont bichromes et présentent des couleurs différentes selon que l'échantillon transmet ou diffuse la lumière incidente. Cette caractéristique unique peut être utilisée pour générer des propriétés de couleur rarement vues dans d’autres matériaux avec des applications dans les cosmétiques, les peintures plasmoniques et pour l’intégration dans le verre et les bijoux artisanaux. De plus, comme ces propriétés de couleur sont presque impossibles à reproduire à l’aide de colorants traditionnels et d’autres matériaux colorés, les nanocubes d’argent peuvent être utilisés pour créer une signature optique unique destinée à la protection des marques et aux applications anti-contrefaçon. Chez nanoComposix, nous pouvons proposer une gamme de tailles de cubes allant de 40 nm à 1 micron de diamètre. 

Chimie de surface des nanocubes d'argent

Les nanocubes d'argent sont généralement recouverts de polyvinylpyrrolidone (PVP), qui peut aider à diriger la formation de la forme cubique lors de la synthèse en stabilisant les facettes cristallines sur les faces du cube. Le revêtement PVP sur les cubes peut être déplacé dans certaines conditions, permettant aux nanocubes d'être dispersés dans des solvants aqueux et organiques via un échange de ligands, ou permettant une conjugaison ultérieure de biomolécules. En contrôlant la longueur de la chaîne et la chimie des ligands de coiffage à la surface des nanocubes d'argent, les nanocubes ont été utilisés comme éléments de base pour former des superstructures unidimensionnelles qui ont des orientations interparticulaires bien définies telles que la conformation bord-bord ou face-face, et réglables. propriétés électromagnétiques.

Applications des nanocubes d'argent

Les nanocubes d'argent ont été utilisés pour un large éventail d'applications, notamment la détection plasmonique, les métamatériaux, la catalyse et la bionanotechnologie. Les propriétés optiques uniques des nanocubes les rendent également intéressantes pour les applications spectroscopiques de surface améliorées, qui dépendent de la présence de champs électromagnétiques puissants à proximité de la surface des particules.

Le degré d'amélioration du champ dans une structure plasmonique dépend fortement de sa géométrie. Dans le cas des cubes, une énorme amélioration du champ électrique local se produit au niveau des coins pointus en tirant parti de l'effet paratonnerre, et des nanocubes d'argent ont été utilisés comme applications de diffusion Raman améliorée par surface de nanoantenne optique (SERS).

Lorsque des surfaces métalliques à forte courbure sont séparées par des espaces nanométriques et qu'un champ électromagnétique est localisé dans les espaces, générant des points chauds plasmoniques. Ces points chauds peuvent être utilisés pour la focalisation sous-longueur d'onde, la spectroscopie Raman améliorée en surface et la transparence électromagnétique. Les propriétés optiques des points chauds plasmoniques formés dépendent fortement de la géométrie des nanojonctions entre les surfaces métalliques. Dans le cas de nanocubes d'argent, dont les angles vifs sont rapprochés d'une autre surface métallique ou de cubes adjacents, des champs E considérablement intensifiés dans des régions extrêmement petites conduisent l'amélioration du champ E à des valeurs extrêmes. De tels points chauds plasmoniques permettent la détection du SERS à partir d’une seule molécule, fournissant ainsi une plateforme efficace pour la détection ultrasensible. Il a été démontré que l'intensité du signal SERS était liée à la taille des cubes, et le signal le plus élevé a été observé en sélectionnant les nanocubes d'argent d'environ 100 nm comme substrats. De plus, en utilisant des pointes AFM recouvertes de nanocubes Ag, la spectroscopie Raman améliorée par pointe (TERS) permet d'accéder à des informations chimiques avec une résolution spatiale à l'échelle nanométrique et des sensibilités de molécule unique.

En outre, les chercheurs ont montré que le dépôt aléatoire de ces nanocubes d'argent sur un film d'or revêtu peut créer une surface absorbante presque parfaite, la longueur d'onde d'absorption étant réglable dans les régions visibles et proches de l'infrarouge du spectre en ajustant la taille des nanocubes d'Ag et les conditions de revêtement. Les nanocubes couplés à un film agissent comme une minuscule antenne optique qui peut annuler la réflectance de la surface métallique.

D'autres applications des nanocubes Ag incluent le fait de servir de modèles sacrificiels pour le remplacement galvanique afin de produire des nanocages Au pour l'administration de médicaments et une plate-forme plasmonique pour la détection ; les particules sont également des candidats potentiels pour une catalyse sélective de facettes telle que des réactions d'époxydation.

Ressources supplémentaires

Littérature recommandée

  1. Akselrod, G. M., Huang, J., Hoang, T. B., Bowen, PT, Su, L., Smith, D. R. et Mikkelsen, MH « Absorbeurs parfaits de métasurface à grande surface, du visible au proche infrarouge ». Matériaux avancés27(48), 8028-8034 (2015).
  2. Rycenga, M., Xia, X., Moran, C. H., Zhou, F., Qin, D., Li, Z. Y. et Xia, Y. "Génération de points chauds avec des nanocubes d'argent pour la détection d'une seule molécule par amélioration de la surface Diffusion Raman." Angewandte Chemie123(24), 5587-5591 (2011).
  3. Gao, B., Arya, G. et Tao, AR "Nanocubes auto-orientés pour l'assemblage de nanojonctions plasmoniques." Nanotechnologie naturelle7(7), 433-437 (2012).
  4. Dill, T. J., Rozin, M. J., Palani, S. et Tao, AR "Nanoantennes colloïdales pour la cartographie chimique hyperspectrale." ACS Nano, 10(8), 7523-7531 (2016).
  5. Yu, J. ; Hou, S. ; Sharma, M. ; Tobing, LYM; Chanson, Z. ; Delikanli, S. ; Hettiarachchi, C. ; Zhang, D. ; Fan, W. ; Birowosuto, MD; Wang, H. ; Demir, HW ; Dang, C. « Forte interaction plasmon-Wannier Mott Exciton avec des puits quantiques colloïdaux à rapport d'aspect élevé » Matter, 2, 1-14 (2020).

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