Synchrotron- und laseraktiviertes Wachstum von Edelmetallpartikeln in Gläsern
Creators: name: Eichelbaum, Maik
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2008
Subjects: subject: Gold
subject: Photolumineszenz
subject: Silber
subject: Glas
subject: gold
subject: photoluminescence
subject: silver
subject: glass
subject: 540 Chemie
subject: 30 Chemie

description: Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Methode der Synchrotronröntgenaktivierung entwickelt, um Edelmetallpartikel in Natron-Kalk-Silicatgläsern zu erzeugen. Diese Photoaktivierung ermöglichte es, den Nukleations- vom Wachstumsprozess der Metallteilchen zu trennen und somit sehr kleine Partikel und die Frühstadien des Wachstumsprozesses zu identifizieren. Die Gläser wurden mit Photolumineszenz-, UV-Vis-Absorptions-, EPR-, SAXS- sowie XANES-Spektroskopie untersucht. So konnten in synchrotronaktivierten Gold-dotierten Gläsern Golddimere nachgewiesen werden. Die thermische Behandlung bei 550°C führte über eine heterogene Nukleation zum Wachstum von Goldnanopartikeln. Als Modell für das Nukleationszentrum wurde das an eine Silanolateinheit gebundene Golddimer entwickelt. In synchrotronaktivierten Silber-dotierten Gläsern bildeten sich zunächst Silberatome. Während das Tempern bei 300°C zur Entstehung kleiner lumineszierender Silberteilchen führte, induzierte die thermische Behandlung bei 500°C das Wachstum von Silbernanopartikeln. Die Frühstadien des Gold- und Silberpartikelwachstums wurden als effiziente Donoren in Photolumineszenz-Energietransferprozessen identifiziert. Durch die Anwendung eines Sol-Gel-Spin-Coating-Verfahrens konnten Gold-dotierte Silicat-Titanat-Glasschichten mit einer Goldkonzentration von bis zu 20 mol% hergestellt werden. Die Goldnanopartikel, welche durch Tempern bei 300°C erzeugt wurden, waren durch eine dreiphotonisch induzierte nichtlineare Lumineszenz charakterisiert. Weiterhin konnte die Methode der Titan:Saphir-Laseraktivierung entwickelt und damit Goldnanopartikel-haltige, nanometergroße Strukturen in die Glasschichten geschrieben werden. TEM- und REM-Studien haben gezeigt, dass die Goldnanopartikel nicht nur in die Glasschicht eingebettet sind, sondern sich auch auf der Oberfläche befinden. Die Zugänglichkeit gegenüber Biomolekülen konnte durch den Nachweis der Oberflächen-verstärkten Ramanstreuung adsorbierter Adeninmoleküle bewiesen werden.
description: Within this work, the technique of synchrotron X-ray activation has been developed to generate noble metal particles in soda-lime silicate glasses. The photoactivation has enabled the separation of nucleation and growth of noble metal particles. Thus, very small particles and the early stages of the cluster growth process could be identified. The glasses have been characterized by photoluminescence, UV-Vis absorption, EPR, SAXS and XANES spectroscopy. As a result, gold dimers could be identified in synchrotron activated gold-doped glasses. Thermal annealing at 550°C has induced the growth of gold nanoparticles by heterogeneous nucleation. As a model for the nucleation center a gold dimer bound to a silanolate center has been suggested. In contrast to gold, in synchrotron activated silver-doped glasses non-luminescent silver atoms have been generated. Annealing at 300°C has induced the growth of small luminescent silver particles. After a thermal treatment at a higher temperature of 500°C silver nanoparticles have been generated. The early stages of the gold and silver cluster growth process have been identified as efficient donators in photoluminescence energy transfer processes. An unprecedented increase of the gold amount of up to 20 mol% has been achieved by the preparation of ultrathin silicate-titanate layers with a sol-gel spin-coating approach. The nonlinear photoluminescence of the gold nanoparticles generated by annealing at 300°C could be excited by a three-photon induced process. Furthermore, the technique of titanium:sapphire laser activation has been developed to write nanometer-sized patterns containing gold nanoparticles into the glassy layers. TEM and SEM studies have shown that the gold nanoparticles are not only embedded within the thin films, but are also located on top of the glassy layers. Their accessibility to biological molecules has been proven by determining the surface-enhanced Raman scattering of adsorbed adenine molecules.