Raman spectroscopy for interfacial characterization
- Reference number
- ITM17-0316
- Start and end dates
- 190101-230630
- Amount granted
- 7 817 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Vibrational spectroscopy includes a number of methods for chemical characterization and identification of materials. A common limitation for many of these is their poor spatial resolution. We will develop tools for interface-specific characterization of materials in soft matter science based on Raman spectroscopy in combination with Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), whereby Raman scattering, which is inherently weak, can be amplified with up to ten orders of magnitude in the vicinity of the plasmon field of a metal surface. We will primarily use chemically functionalized gold nanoparticles for this purpose, and using these we will further: - Develop methods for precise and specific, as well as non-specific, but selective, application of particles onto surfaces and interfaces. - Explore the possibilities of quantitative analysis in SERS, a hitherto underdeveloped area, associated with considerable experimental difficulties. This includes evaluation of suitable internal standards for SERS signal quantification. - Investigate the possibility of optical multiplexing to access spatially resolved information by using particles with resonances in different wavelength ranges. The goal is ultimately to provide procedures for in situ and in operando SERS analysis of thin films and interfaces, to support informed development of new materials, processes and devices, with applications in areas such as organic electronics and biomaterials.
Popular science description
Det finns ett flertal olika metoder för kemisk bestämning av material och gränsytor som utnyttjar det faktum att bindningar mellan atomerna i en molekyl vibrerar vid frekvenser som är unika för specifika kemiska grupper eller typer av bindningar. Genom att studera vid vilka frekvenser vibrationer sker i ett prov, är det ofta möjligt att dra slutsatser om provets innehåll och dess kemiska struktur. Detta utnyttjas i vitt skilda delar av både forskning och industri, och via ett flertal olika metoder. Gemensamt för många av dessa metoder är att de har dålig rumsupplösning; det är ibland helt enkelt svårt att säga från vilken del av ett prov som informationen härrör. Vi angriper detta problem genom att utnyttja nanopartiklar (partiklar med en storlek mindre än en tiotusendels millimeter) som kan göras känsliga för deras närmaste kemiska omgivning, och fungera som 'antenner' för att sprida information om ett provs kemiska egenskaper. Den metod vi föreslår bygger i huvudsak på kända fysikaliska och kemiska principer, men dess praktiska utnyttjande är förenat med svårigheter som endast i begränsad utsträckning har tagits upp i forskning och utveckling inom området tidigare. Vi föreslår utveckling av en serie metoder för att på ett förutbestämt sätt placera dessa partiklar i olika typer av prover, och på ett sådant sätt att detaljerad information om kemiska egenskaper och reaktioner skall kunna göras tilllgängliga. Detta skall göras i prover av relevans för olika materialvetenskapliga områden, såsom organisk elektronik, material inom hälsa och sjukvård, och för att förstå vidhäftningen av marina organismer till ytor. Gemensamt för dessa tillämpningar är behovet av att på ett förutsägbart sätt kunna få de små partiklarna att fästa till ytor med hög precision och selektivitet. De metoder som ska utvecklas har goda möjligheter att bidra till utvecklingen av nya och bättre material (och t.ex. komponenter av dessa material) baserat på ingående kunskaper och insikter om hur de är uppbyggda, och bättre förståelse för hur de påverkas vid användning. Den nära kopplingen mellan forskningen och företag verksamma inom området skapar goda förutsättningar för att resultaten kommer till maximal nytta, och snabbt kan omsättas i användbara insikter och förbättringar.