Herstellung und Charakterisierung von plasmonischen Nanomaterialien

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden bottom-up Herstellungsverfahren für plasmonische Sensoren entwickelt. Sie wurden durch eine Kombination von kolloidaler Lithographie und chemischer Goldabscheidung präpariert. Als Kolloide kamen Hydrogelkugeln zum Einsatz, deren Volumen durch externe Stimuli verändert werden kann. Diese weichen Mikrosphären bilden durch Selbstorganisation zweidimensionale nicht-dichtest-gepackte Gitter. Ihre Gitterkonstante und der Kolloid-Durchmesser konnten hier erstmalig unabhängig voneinander kontrolliert werden. Die Hydrogelkugeln dienten sowohl als Maske für die Erzeugung eines periodischen Lochmusters in einem Goldfilm als auch als Matrix für die Abscheidung von Gold in den Löchern.Die optischen Eigenschaften von Goldnanostrukturen werden durch Oberflächenplasmonenresonanz bestimmt, die durch die Morphologie der Goldnanostruktur beeinflusst wird und empfindlich auf Veränderungen im Brechungsindex reagiert. Daher werden Goldnanostrukturen als Sensoren eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Sensoren mit gesteigerter Empfindlichkeit auf Basis von periodischen Lochmustern in Goldfilmen realisiert. Der erste Sensor bestand aus einer koaxialen Goldstruktur, die durch Modifizierung der Hydrogelkugeln mit Goldnanopartikeln und thermische Behandlung erzeugt wurden. Sie wiesen im Vergleich zu einer Lochstruktur ohne Goldnanopartikel eine doppelt so hohe Empfindlichkeit auf. Im zweiten Sensor wurden die Hydrogelkugeln in den Löchern des Goldfilmes belassen und mit einer Goldschicht bedeckt. Die im Lochfilm eingebetteten Gold/Hydrogelkugeln steigerten die Sensitivität des Sensors um mehr als eine Größenordnung