Σύνθεση νανοσωματιδίων Νιτριδίου του Τιτανίου με τη μέθοδο αποδόμηση με laser σε υγρό περιβάλλον
Creators: name: Κουτσογιάννη, Αφροδίτη Ευάγγελοu
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Νιτρίδιο του Τιτανίου
Αποδόμηση με laser
Νανοσωματίδια
Titanium Nitride
Pulsed Laser Ablation
Nanoparticles

description: Σκοπός της εργασίας ήταν η ανάπτυξη της διαδικασίας για τη παρασκευή νανοσωματιδίων Νιτριδίου του Τιτανίου σε υδατικό διάλυμα με βάση την αποδόμηση με παλμικό λέιζερ (Pulsed Laser Ablation) επικαλύψεων Νιτριδίου του Τιτανίου πάχους 1.5μm, χρησιμοποιώντας picosecond και nanosecond λέιζερ Nd-YAG. Ο κύριος στόχος μας ήταν η παρασκευή συντονίσιμων πλασμονικών νανοσωματιδίων με Pulsed Laser Ablation και η περαιτέρω αξιολόγηση και σύγκρισή τους με εμπορικά διαθέσιμα νανοσωματιδία Νιτριδίου του Τιτανίου όσον αφορά τη δομή, τη κρυσταλλικότητα και τη πλασμονική τους απόδοσης. Γίνεται αναφορά των βασικών εννοιών της θεωρίας των πλασμονίων και παρουσιάζεται το φαινόμενο του συντονισμού επιφανειακού πλασμονίου (SP) και εντοπισμένου επιφανειακού πλασμονίου (LSP) στις διεπιφάνειες των σύνθετων αυτών υλικών καθώς και η επίδραση του στην μη γραμμική τους απόκριση. Ακόμη, παρουσιάζονται τα βιβλιογραφικά στοιχεία για τις ιδιότητες των νανοσωματιδίων TiN. Στη συνέχεια περιγράφεται η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων, η αποδόμηση με παλμικό λέιζερ σε υγρό περιβάλλον, και γίνεται συνοπτική περιγραφή της αρχής λειτουργίας του nanosecond και picosecond Nd:YAG λέιζερ, της διάταξης Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων (AFM), της Φασματοσκοπίας UV-Vis, της Φασματοσκοπίας DLS και της Φασματοσκοπίας Raman. Στα τελευταία δύο κεφάλαια της παρούσας εργασίας εμπεριέχονται τα πειραματικά αποτελέσματα και τα συμπεράσματα. Τα νανοσωματίδια TiN παρήχθησαν με την τεχνική Αποδόμησης με παλμικό Laser (Pulsed Laser Ablation-PLA), με διεργασία PLA δύο σταδίων. Αρχικά χρησιμοποιώντας παλμούς picosecond laser για την δημιουργία κολλοειδών νανοσωματιδίων TiN, και στη συνέχεια χρήση nanosencond παλμών laser με στόχο την μελέτη της επίδρασης στο μέγεθος των νανοσωματιδίων. Ο χαρακτηρισμός τους πραγματοποιήθηκε με τις τεχνικές που αναφέρθηκαν παραπάνω. Επιτεύχθηκε ο προσδιορισμός της γεωμετρίας των νανοσωματιδίων και η θέση της πλασμονικής κορυφής. Στο τελευταίο στάδιο έγινε σύνθεση κολλοειδών διαλυμάτων TiN με χρήση σκόνης νανοσωματιδίων TiN χημικής σύνθεσης με απώτερο σκοπό τη σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα κολλοειδή που παρήχθησαν με την αποδόμηση λέιζερ.
description: ABSTRACT In this work we develop the process for the fabrication of transition metal nitride nanoparticles in aquatic solution based on Pulsed Laser Ablation (PLA) of transition metal nitride coatings, using picosecond and nanosecond Nd-YAG laser beams. Our main goal was the fabrication of tunable plasmonic Titanium Nitride nanoparticles using pulsed laser ablation and the further evaluation and comparison of their plasmonic performance to commercially available chemically synthesized Titanium Nitride nanoparticles, as they are considered potential candidates for applications, such as biomedical sensing and imaging, drug delivery and plasmonic photothermal therapy. The first chapter refers to the basic concepts of plasmonics. A complete description of the quasi-static approach is conducted using classical electrostatics, to describe the phenomena that take place in metallic nanoparticle systems in a dielectric environment. In addition, we mention the phenomena of surface plasmon (SP) and localized surface plasmon (LSP) resonance that occur at the interfaces of these materials as well as their effect on their non-linear response. Finally, we present the properties of TiN nanoparticles according to recent findings. In chapter two we describe the Pulsed Laser ablation technique. In particular, the processes that take place during Pulsed Laser Ablation and induce the formation of nanoparticles are reported in detail. The third chapter refers to the characterization techniques used. A brief description of the working principle of the nanosecond and picosecond Nd: YAG laser, the Atomic Force Microscope (AFM), UV-Vis Spectroscopy, DLS Spectroscopy and Raman Spectroscopy is given. The final two chapters contain the experimental results and conclusions. TiN nanoparticles were produced by Pulsed Laser Ablation (PLA), a two-step PLA process. Initially using picosecond laser pulses to generate TiN colloidal nanoparticles, and then using nanosencond laser pulses to study the effect on the nanoparticle size. Their characterization was performed with the techniques mentioned above. The geometry of the nanoparticles and the position of the plasmonic peak were determined. In the last step, TiN colloidal solutions were made using commercially available TiN nanoparticle powder with the ultimate goal of comparing them with the colloids produced by laser ablation.