Elektronik ve plazmonik uygulamalar için homojen ve desenlenmiş yüzeyler üzerinde çekirdek vasıtasıyla metalik nanoyapıların büyütülmesi
Fabrication of metallic nanostructures on homogeneous and patterned surfaces for electronic and plasmonic applications
Yazar: MENEKŞE ŞAKİR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Metalik nanoyapılar sahip oldukları yüzey plazmonları sayesinde sergilemiş oldukları eşsiz optiksel özelliklerinden dolayı gıda ve çevre güvenliği, optoelektronik, katalizör ve biyoteknoloji gibi birçok alanla kullanılmaktadır. Bu çalışmada polimer fırçalar üzerine sabitleştirilmiş nanoparçacıklar kullanılarak çekirdek aracılığıyla büyütme yöntemi ile katı altlıklar üzerinde plazmonik metalik nanoyapılar elde edildi. Au çekirdekleri üzerinde büyütülen Ag ve Cu nanoyapılarının yüksek hassasiyete sahip SERS altlık olarak kullanılabileceği görüldü. Ag ve Cu nanoyapılarının, sıcak-nokta olarak bilinen elektromanyetik alanın yoğunlaştığı bölgeler oluşturacak şekilde büyütülmesiyle SERS aktivitesi arttırıldı. Ayrıca Ag nanoyapılarının yüksek SERS performansı sergilemesinde Au çekirdekleri ile Ag nanoyapıları arasındaki elektron alış-verişinin önemli bir katkısı olduğu çok hızlı pump-probe spektrometresi ile gösterilmiştir. Tez çalışmasında geliştirilen yöntemin önemli bir avantajı ise desenlenmiş yüzeyler üzerinde seçici bir şekilde nanoyapıların büyütülmesine imkân tanımasıdır. Pt çekirdekleri üzerinde büyütülen Ag nanoyapıları metilen turuncusunun katalitik indirgenmesinde kullanıldı ve Pt nanoparçacıklarına kıyasla daha yüksek aktivite sergilediği gözlendi. Çekirdek aracılığıyla büyütülen metalik nanoyapıların plazmonik ve katalitik uygulamalar için elverişli oldukları görüldü. Bu basit ve pratik yöntem aracılığıyla katı altlıklar üzerinde üretilen farklı metalik nanoyapılar, sahtecilik önleyisi barkodlardan çoklu molekül tayini için geliştirilen sensörler gibi farklı uygulamalarda kullanım potansiyeline sahiptir.

Abstract:
Metallic nanostructures exhibit unique optical properties due to their surface plasmons and show great promise for many fields such as food and environmental safety, optoelectronics, catalysis, and biotechnology. In this study, plasmonic metallic nanostructures were fabricated on solid substrates by using nanoparticles immobilized on polymer brushes as seeds through the seed-mediated growth method. It was seen that Ag and Cu nanostructures grown on Au seeds can be used as highly sensitive SERS substrates. High levels of SERS activity were enabled by the high density growth of Ag and Cu nanostructures in a way to facilitate formation of hot-spots, where electromagnetic fields are concentrated.  An important contribution to the SERS activity of Ag nanostructures grown on Au seeds was from the electron transfer between Au seeds and Ag nanostructures as confirmed by ultrafast pump-probe spectroscopy. Ag nanostructures grown on Pt seeds were used for catalytic reduction of methylene orange and displayed much higher activity than Pt nanoparticles. Metallic nanostructures grown through the seed were found to be very favorable for plasmonic and catalytic applications. The versatile and simple method to fabricate metallic nanostructures on solid substrates presented in this study appears promising for applications that range from anti-counterfeiting barcodes to sensor platforms for multiplex molecule detection.