Ramanspektroskopi för karakterisering av gränsskikt
- Diarienummer
- ITM17-0316
- Start- och slutdatum
- 190101-230630
- Beviljat belopp
- 7 817 000 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Vibrationsspektroskopi omfattar ett antal metoder för kemisk karaterisering och identifikation av substanser. En gemensam begränsning för många av dessa metoder är den låga rumsliga upplösningen. Vi vill utveckla verktyg för studier specifikt av gränsskikt hos material inom ’mjuk’ materialvetenskap. Dessa verktyg baseras på Ramanspektroskopi i kombination med ytförstärkt Ramanspridning (SERS), varigenom den intrinsiskt svaga Ramanspridningen kan förstärkas upp till ca 10 storleksordningar i närheten av plasmonfältet kring en metallyta. Vi kommer främst att använda kemiskt funktionaliserade guldnanopartiklar för detta ändamål, och med dessa kommer vi vidare att: - Utveckla metoder föratt både specifikt och ospecifikt (men ändå selektivt) applicera partiklar på ytor och gränsskikt. - Utforska möjligheterna till kvantitativ analys via SERS, ett hittills underutvecklat område, förenat med avsevärda experimentella svårigheter. Detta inkluderar utvärdering av interna standarder för kvantitativa SERS-mätningar. - Undersöka möjligheterna till optisk multiplex för att möjliggöra rumsupplöst information i prover genom att utnyttja partiklar med resonans i olika våglängdsområden. Det långsiktiga målet är att tillhandahålla metoder för ’in situ’ och ’in operando’ SERS-analys av tunna filmer och gränsskikt, för att stödja utvecklingen av nya material, processer och komponenter, med tillämpningar främst inom organisk elektronik och biomaterial.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.