Unsere Seite auf

Dissertationen
Linksammlung durchsuchen

 

Herstellung substratgestützter, nanoporöser Aluminiumoxid-Template und ihre Anwendung für die Präparation von hocheffizienten SERS-Substraten

Habouti, Salah - Christian-Albrechts-Universität, Kiel (2014)


Nanostrukturen aus Gold und Silber haben sich als hochwirksame Substrate für die Oberflächenverstärkte Ramanspektroskopie (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) erwiesen. Die hohe Verstärkung des elektromagnetischen Felds an solchen Strukturen erlaubt es, adsorbierte Moleküle in sehr geringer Konzentration bis hin zu einem Einzelmolekül mittels Ramanspektroskopie nachzuweisen und zu charakterisieren. Die praktische Umsetzung zu SERS-basierten Sensoren ist jedoch dadurch erschwert, dass es noch keine einfache und kostengünstige Herstellungsmethode von großflächig geordneten, nanostrukturierten Substraten mit hohen und reproduzierbaren Raman-Verstärkungsfaktoren gibt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Anfertigung von Edelmetallnanostrukturen mittels Templateverfahren und deren Verwendung als SERS-Substrate.

Im ersten Teil der Arbeit wurde das Verfahren zur Herstellung von Templaten aus anodischem Aluminiumoxid (AAO) untersucht und weiterentwickelt. Durch Anodisierung von hochreiner Al-Folie entstand eine dünne Schicht aus AAO-Nanoporen, die anschließend vom Al-Rest befreit wurde. Die 10 bis 40 μm dicken AAO-Membrane wurden nach weiteren Vorbereitungsschritten (Öffnen der Poren, einseitiges Metallisieren und Verstärken) als Template für die elektrochemische Abscheidung von Gold- und Silber-Nanodrähten eingesetzt. Der zentrale Nachteil der Verwendung von freien AAO-Membranen für die Erzeugung metallischer Nanostrukturen ist der mühsame und langwierige Herstellungsprozess. Es kommt hinzu, dass Nanomaterialien mit hohen Formfaktoren beim Freilegen mechanisch kollabieren können. Eine bessere Alternative zu den freien Membranen sind "substratgestützte" AAO-Template. Für ihre Herstellung wurden zunächst umfangreiche Arbeiten zwecks Optimierung der Herstellungsbedingungen der Multischichten aus Gold, Titan und Aluminium mit Gasphasenabscheidung (PVD) auf dem gewünschten Substrat durchgeführt. Die Au- und Ti-Schichten wurden im hochfrequenten Modus bei optimalen Ar-Partialdrücken und Abscheideraten gesputtert. Aluminium wurde mit dem Elektronenstrahlaufdampfverfahren abgeschieden. Die Herstellung erfolgte sukzessiv ohne Unterbrechung des Vakuums. Die Goldschicht an der Unterseite der Nanoporen bildet den elektrischen Kontakt für die nachfolgende Anodisierung und im weiteren Verlauf für die elektrochemische Abscheidung der Nanodrähte. Die Ti-Schichten zwischen Substrat und Au, bzw. zwischen Au und Al, dienen der Schichtadhäsion. Die paarweise Haftung der Multischichten, die Topographie und die innere Struktur entscheiden, ob und zu welchem Grad die Al-Schicht anodisiert werden kann, sowie über die Qualität und die Stabilität der Template während der weiteren Herstellungsschritte. Mit glatten und gut haftenden Al-Schichten konnten durch Anodisierung erfolgreich breitflächige Template (bis zu 100 cm2) auf Glas- oder Si-Substraten angefertigt werden.

Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden robuste und stabile SERS-Substrate mit hohen und reproduzierbaren Verstärkungsfaktoren präpariert. Sowohl freie als auch substratgestützte AAO-Template wurden für die elektrochemische Abscheidung von Gold- und Silber-Nanodrähten eingesetzt. Zusätzlich zum quasi-eindimensionalen (1D) Wachstum von Gold und Silber in den Poren konnte die Morphologie der Au- und Ag-Nanodrähte durch die Modifizierung der elektrochemischen Abscheidebedingungen kontrolliert werden. Dadurch konnte ein Übergang von eindimensionaler zu mehrdimensionaler Architektur der Nanodrähte erreicht werden, einschließlich der Ausformung von Spitzen und der Bildung von Verzweigungen. Mit diesen komplexen Au- und Ag-Nanostrukturen konnten Raman-Bänder von Rhodamin 6G um Faktoren bis zu 109 und 1012 verstärkt werden. Speziell die Lücken zwischen den einzelnen Zweigen bzw. die Spitzen der Nanodrähte wirken als sogenannte "Hot Spots". Die starke Konzentration der Hot Spots an der Oberfläche führt zu den gigantisch hohen Verstärkungsfaktoren.


—> Volltext

Abonnieren:

Empfehlen: