Metalik nanopartiküllerin kendiliğinden düzenlenmesiyle üretilen heteroyapıların plazmonik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of heterostructures by self assembly of metallic nanoparticles and investigation of plasmonic and structural properties
Yazar: SAMİ PEKDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy ; Yüzey plazmonları = Surface plasmons

Özet:
Bu tez çalışmasında, ıslak kimyasal yöntemler ile üretilen kolloidal altın nano partiküllerin (NPlerin) katı altlıklar üzerinde çevre dostu, ucuz ve ölçeklenebilir bir şekilde düzenlenmesiyle plazmonik aygıt uygulamalarına yönelik olarak yeni bir platform geliştirilmiştir. İlk olarak Si altlık üzerine sondan aşılamış poli(etilen glikol) (PEG) zincirlerine farklı boyutlardaki Au NPlerin bağlanma kinetiği gerçek zamanlı olarak kuartz kristal mikroterazi ile izlenmiş ve bağlanan NPler SEM ile karakterize edilmiştir. Buradan elde edilen bilgilerle, ardışık ve tekrarlı bir şekilde Au NPlerin geniş alanlarda sabitlenmesiyle katı altlıklar üzerinde plazmonik heterojen yapılar (HYler) üretilmiştir. Plazmonik HYler yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) ile nanomolar seviyesinde molekül tayinini mümkün kılmıştır. Plazmonik aygıt uygulamaları için elektrohidrodinamik jet yazma (E-jet) sistemi ile uçlarından aşılanmış polimerler yüzeyler üzerinde desenlenmiştir.  Hidrofobik bir altlık üzerinde üretilen desenlerde kolloidal Au NPlerinin kendiliğinden düzenlenmesi ile plazmonik diziler yüksek bir çözünürlük ve seçicilik ile üretilmiştir. Çalışmanın son kısmında yüzeye sabitlenmiş Au NPlerin üzerine polidopamin (PD) yardımı ile Ag nano yapılar büyütülerek kompozisyon bakımından heterojen plazmonik yapılar elde edilmiştir. Heterojen plazmonik yapılardaki elektron geçişleri ultra hızlı pompa-prop spektroskopisi, plazmonik aktiviteleri ise SERS ölçümleri ile yapısal özelliklerin fonksiyonu olarak incelenmiştir. Geliştirilen plazmonik platform, güvenlik etiketlerinden çoklu molekül tayini yapan algılayıcı sistemlerine kadar farklı alanlarda kullanım için ümit vaat etmektedir.

Abstract:
In this study, a new platform was developed for plasmonic device applications by environmentally friendly, cheap and scalable assembly of wet-chemistry synthesized colloidal gold nanoparticles (NPs) on solid substrates. Firstl, the binding kinetics of Au NPs of different sizes on Si substrate modified with end-grafted poly(ethylene glycol) (PEG) chains was monitored in real time by quartz crystal microbalance and ex-situ  SEM imaging of the immobilized NPs. Based on these results, plasmonic heterostructures (HSs) were fabricated on solid substrates by sequential and repetitive immobilization of Au NPs of varying diameter on solid substrates over large areas. Plasmonic HSs enabled molecular detection at nanomolar levels through surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). The end grafted polymers wee patterned by electrohydrodynamic jet printing (E-jet) system for plasmonic device applications. Plasmonic nanostructures were obtained with high resolution and selectivity by self-assembly of colloidal Au NPs on the patterns fabricated on a hydrophobic substrate. In the last part of the study, compositionally heterogeneous plasmonic nanostructures were fabricated through polydopamine mediated growth of Ag nanostructures on the immobilized Au NPs. The electron transitions and plasmonic activities of HSs were studied as a function of the structural propertiesby ultra-fast pump-prop spectroscopy and SERS measurements, respectively. The developed plasmonic platform show great promise for applications that range from security labels to sensor systems for multiplex detection of molecules.