Nanoparticules d'argent : propriétés optiques

Les nanoparticules d'argent absorbent et diffusent la lumière avec une efficacité extraordinaire. Leur forte interaction avec la lumière se produit parce que les électrons de conduction sur la surface métallique subissent une oscillation collective lorsqu'ils sont excités par la lumière à des longueurs d'onde spécifiques. Cette oscillation est connue sous le nom de résonance plasmonique de surface (SPR) et elle fait que les intensités d'absorption et de diffusion des nanoparticules d'argent sont beaucoup plus élevées que celles des nanoparticules non plasmoniques de taille identique. Les propriétés d’absorption et de diffusion des nanoparticules d’argent peuvent être ajustées en contrôlant la taille, la forme et l’indice de réfraction local des particules à proximité de la surface des particules.

L'effet de la taille sur les propriétés optiques

Les propriétés optiques des nanoparticules d’argent sphériques dépendent fortement du diamètre des nanoparticules. Les spectres d'extinction de 10 tailles de nanoparticules NanoXact Silver à des concentrations massiques identiques (0,02 mg/mL) sont affichés dans la figure ci-dessous. Les nanosphères plus petites absorbent principalement la lumière et ont des pics proches de 400 nm, tandis que les sphères plus grandes présentent une diffusion accrue et ont des pics qui s'élargissent et se déplacent vers des longueurs d'onde plus longues (appelées décalage vers le rouge). Paramelle et coll. (2014) ont publié un article utilisant des nanoparticules d'argent nanoComposix qui corrobore nos données (de nombreuses informations supplémentaires sont disponibles ici ).

Extinction (the sum of scattering and absorption) spectra of NanoXact silver nanoparticles with diameters ranging from 10 - 100 nm at mass concentrations of 0.02 mg/mL.  BioPure nanoparticles have optical densities that are 50-times larger.)

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L'effet de l'indice de réfraction local sur les propriétés optiques

Les propriétés optiques des nanoparticules d'argent dépendent également de l'indice de réfraction à proximité de la surface des nanoparticules. À mesure que l’indice de réfraction près de la surface des nanoparticules augmente, le spectre d’extinction des nanoparticules se déplace vers des longueurs d’onde plus longues (appelé décalage vers le rouge). En pratique, cela signifie que l'emplacement du pic d'extinction des nanoparticules se déplacera vers des longueurs d'onde plus courtes (décalage vers le bleu) si les particules sont transférées de l'eau (n = 1,33) à l'air (n = 1,00), ou se déplacera vers des longueurs d'onde plus longues si les particules sont transférées vers l'air. huile (n = 1,5). La figure ci-dessous montre le spectre d'extinction d'une nanosphère d'argent de 50 nm à mesure que l'indice de réfraction local augmente. L'augmentation de l'indice de réfraction de 1,00 à 1,60 entraîne un déplacement du pic d'extinction de plus de 90 nm, déplaçant le pic de l'ultraviolet vers la région visible du spectre.

Extinction spectra of 50 nm silver nanospheres in air, water, and silica.  As the refractive index of the medium increases, the nanoparticle spectrum shifts to longer wavelengths.

De même, le pic d’extinction peut être ajusté en enduisant des nanoparticules aqueuses avec des coques non conductrices comprenant de la silice (n=1,5), des biomolécules (n=1,4-1,45) ou de l’oxyde d’aluminium (n=1,58-1,68).

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L'effet de l'agrégation sur les propriétés optiques

Les propriétés optiques des nanoparticules d'argent changent lorsque les particules s'agrègent et que les électrons de conduction proches de la surface de chaque particule se délocalisent et sont partagés entre les particules voisines. Lorsque cela se produit, la résonance du plasmon de surface se déplace vers des énergies plus basses, provoquant un déplacement vers le rouge des pics d'absorption et de diffusion vers des longueurs d'onde plus longues. La spectroscopie UV-Visible peut être utilisée comme méthode simple et fiable pour surveiller la stabilité des solutions de nanoparticules. À mesure que les particules se déstabilisent, l'intensité du pic d'extinction d'origine diminue (en raison de l'épuisement des nanoparticules stables), et souvent le pic s'élargit ou un pic secondaire se forme à des longueurs d'onde plus longues (en raison de la formation d'agrégats). Dans la figure ci-dessous, le spectre d'extinction de l'argent NanoXact 50 nm est surveillé lorsque du carbonate de sodium est ajouté à la solution (concentration en sel de 20 mM). L’évolution rapide et irréversible du spectre d’extinction démontre clairement que les nanoparticules s’agglomèrent. La spectroscopie UV/Visible peut être utilisée comme technique de caractérisation qui fournit des informations indiquant si la solution de nanoparticules s'est déstabilisée au fil du temps.

Extinction spectrum of 50 nm NanoXact silver nanoparticles undergoing aggregation.

Les nanoparticules d'argent non agrégées auront une couleur jaune en solution. Si les particules s'agrègent, la solution apparaîtra grise.

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