BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Nguyễn Thị Bích Ngọc
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CẤU TRÚC ĐẾ LÊN
TRƢỜNG PLASMON ĐỊNH XỨ CỦA CÁC HẠT NANO BẠC
TRONG TÁN XẠ RAMAN TĂNG CƢỜNG BỀ MẶT
Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
Mã số: 9 44 01 04
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Trần Hồng Nhung
2. PGS.TS. Chu Việt Hà
Hà Nội – Năm 2022
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS.TS. Trần Hồng Nhung và PGS.TS Chu Việt Hà các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực với kết quả thực nghiệm
thu đƣợc, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất cứ một hình thức
nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài
liệu tham khảo đúng quy định.
Hà Nội, tháng năm 2022
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Thị Bích Ngọc
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS. Trần Hồng
Nhung trƣớc khi lâm trung làm việc ở phòng Nanobiophotonics – Viện Vật lý –
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Cho đến khi ở thời gian cuối
cùng của cuộc đời mình PGS. TS. Trần Hồng Nhung luôn là ngƣời thầy hết lòng
giúp đỡ, định hƣớng nghiên cứu, tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất để tôi hoàn thành
luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Chu Việt Hà làm việc tại trƣờng
Đại học Sƣ phạm – Đại học Thái Nguyên, ngƣời hƣớng dẫn thứ hai đã tận tình giúp
đỡ tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu Nano Biophotonics –
Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ, tạo mọi
điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị, đƣa ra những lời khuyên về kiến thức và
kinh nghiệm nghiên cứu để tôi có thể thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu phục vụ
cho luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo Viện Vật lý – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện cho
tôi có thể hoàn thành việc học tập và nghiên cứu khoa học.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin cảm ơn Phòng sau đại học, Khoa Vật lý, Học viện
Khoa học và Công Nghệ đã tạo mọi điều kiện để giúp tôi trong quá trình học tập tại
học viện.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng
hộ và động viên để tôi có thể hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện
luận án nghiệp này.
Hà Nội, tháng năm 2022
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Thị Bích Ngọc
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 8
TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG PLASMON VÀ TÁN XẠ RAMAN TĂNG
CƢỜNG BỀ MẶT DO HIỆU ỨNG PLASMON ....................................................... 8
1.1.Tổng quan về hiệu ứng plasmon và vật liệu plasmonic ........................................ 8
1.1.1. Hiệu ứng plasmon của các cấu trúc nano kim loại ..................................... 8
1.1.2. Hiệu ứng plasmon – polariton bề mặt ........................................................ 9
1.1.3. Trƣờng cộng hƣởng plasmon bề mặt định xứ (LSPR) ............................. 15
1.2. Tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt ...................................................................... 18
1.2.1. Tán xạ Raman ........................................................................................... 18
1.2.2. Hiệu ứng tán xạ Raman tăng cƣờng bề mặt (SERS) ................................ 21
1.2.2.1. Lý thuyết điện từ của SERS ............................................................... 22
1.2.3. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế lên trƣờng Plasmon định xứ của các hạt
nano kim loại trong SERS .................................................................................. 29
1.2.3.1. Đơn hạt nano kim loại trên đế phẳng ............................................... 30
1.2.3.2. Một dimer kim loại plasmon trên đế phẳng ....................................... 35
1.2.4. Tính toán hệ số tăng cƣờng của đế SERS ................................................ 36
1.2.5. Các loại đế SERS và phƣơng pháp chế tạo .............................................. 37
1.2.4.1. Đế SERS hạt kim loại dạng keo trong dung dịch .............................. 38
1.2.4.2. Đế SERS cứng ................................................................................... 40
1.2.4.3. Các đế SERS linh động ...................................................................... 41
1.2.4.4. Các đế SERS linh động trong suốt ..................................................... 41
1.2.5. Ứng dụng đế SERS .................................................................................. 42
1.2.6. Thực nghiệm nghiên cứu chế tạo đế SERS và sử dụng đế SERS để
nghiên cứu sự tăng cƣờng tán xạ Raman bề mặt của chất phân tích ................. 44
1.3. Kết luận .............................................................................................................. 45
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 46
NGHIÊN CỨU ĐẾ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG
CÁC HẠT NANO KIM LOẠI TRÊN CÁC ĐẾ NỀN ............................................. 46
2.1. Chế tạo và nghiên cứu đặc tính của các hạt meso bạc ....................................... 47
2.1.1. Chế tạo các hạt meso bạc ......................................................................... 47
2.1.1.1. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng ......................................................... 47
2.1.1.2. Quy trình chế tạo ................................................................................ 47
2.1.2. Đặc trƣng của các hạt meso bạc ............................................................... 48
2.1.3. Kết luận .................................................................................................... 53
2.2. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng .................. 54
2.2.1. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng ................................ 54
2.2.1.1. Chuẩn bị các đế nền ........................................................................... 54
2.2.1.2. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp lắng đọng .......................... 54
2.2.1.3. Chuẩn bị mẫu cho các phép đo SERS ................................................ 54
2.2.2. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng
phƣơng pháp lắng đọng ...................................................................................... 55
2.2.3. Đặc tính SERS của các đế SERS chế tạo bằng phƣơng pháp lắng đọng..... 57
2.2.3.1. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu
tán xạ Raman bề mặt ....................................................................................... 57
2.2.3.2. Sự ảnh hƣởng của các cấu trúc đế nền lên độ đồng đều tín hiệu tán xạ
Raman bề mặt. ................................................................................................ 60
2.2.3.2. Sự ảnh hƣởng của các loại hạt lắng đọng trên đế lên hệ số tăng cƣờng
tín hiệu tán xạ Raman bề mặt. ......................................................................... 63
2.3. Kết luận .............................................................................................................. 67
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 68
NGHIÊN CỨU ĐẾ SERS CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRỰC TIẾP
TRÊN CÁC ĐẾ NỀN................................................................................................ 68
3.1. Chế tạo và nghiên cứu các đế SERS bằng phƣơng pháp khử trực tiếp.............. 69
3.1.1. Chế tạo các đế SERS bằng phƣơng pháp khử trực tiếp ........................... 69
3.1.1.1. Nguyên liệu và thiết bị sử dụng ......................................................... 69
3.1.1.2. Quy trình chế tạo ................................................................................ 69
3.1.2. Các đặc điểm bề mặt và tính chất quang của các đế SERS chế tạo bằng
phƣơng pháp khử trực tiếp ................................................................................. 71
3.1.2.1. Hình thái và phân bố của các cấu trúc bạc trên các đế nền ............... 71
3.1.2.2. Đặc tính quang của các đế SERS khử trực tiếp ................................. 74
3.1.3. Ảnh hƣởng của các loại đế nền lên hệ số tăng cƣờng tín hiệu tán xạ
Raman bề mặt ..................................................................................................... 76
