Nano partculas de oro-Dopado con Semiconductor TiO2 Pelculas
delgadas: Caracterizacin pticaSe describe un procedimiento sencillo
para la creacin de titania sol-gel a base de semiconductores
pelculas delgadas. Las nanopartculas de oro se dopan homogneamente
en la mezcla de precursores y las partculas se distribuyen de forma
homognea en las pelculas resultantes, si se prepara usando
recubrimiento por rotacin. Los efectos de la carga de partculas y
la temperatura de recocido en las propiedades pticas de las
pelculas resultantes se caracterizan. Elipsometra, difraccin de
rayos X, microscopa de fuerza atmica, y la espectroscopia de plasmn
de superficie se utilizan para controlar la cristalizacin y
porosidad cambios durante la sntesis de pelcula.1. IntroduccinHa
habido un resurgimiento reciente de inters en metal- nanopartculas
dopado matrices dielctricas , espoleado por nuevas aplicaciones en
diversos campos que van desde la ptica no lineal y la degradacin
fotocataltica de contaminantes a travs de la deteccin de gas. La
obra original en este campo fue motivada por las propiedades pticas
inusuales de pequeas partculas de metal y llev al desarrollo de
gran alcance, modelos de medio efectivo para manejar las complejas
propiedades del material de nanocompuestos . Sin embargo , las
aplicaciones actuales implican la sintonizacin no slo las
propiedades pticas y electrnicas del material compuesto , pero
tambin la arquitectura de la matriz . Por ejemplo , en la deteccin
fotocatlisis y el gas , la matriz debe ser lo suficientemente
poroso para los gases se difunden a travs de la matriz a los sitios
activos , se someten a reaccin qumica , y salen de la pelcula . Por
lo tanto , ya no es suficiente para medir las propiedades
dielctricas medios de las pelculas dopado de nanopartculas ; tambin
es necesario caracterizar la distribucin de las partculas dentro de
la pelcula y el papel del volumen de poros . Un cambio ms
importante ha sido la aparicin de mtodos sol-gel que son ms
flexibles que las tecnologas convencionales de vidrio y permiten
temperaturas de procesamiento mucho ms bajos para ser utilizado .En
la mayora de las sntesis sol-gel , el metal se introduce en forma
de una sal soluble , a continuacin reducida para formar pequeas
partculas de metal in situ a travs de recocido , la reduccin
gaseosa , o a travs de reacciones fotoqumicas , aunque hay algunas
estrategias alternativas para el dopaje de partculas tales como la
implantacin de iones y pulverizacin catdica . Sin embargo , todos
estos mtodos fsicos y qumicos sufren las mismas limitaciones
inherentes : hay un control muy limitado del proceso de nucleacin ,
el tamao de partcula final , la polidispersidad de las partculas ,
y la forma de las partculas . Un enfoque alternativo que ofrece ms
flexibilidad en el diseo y fabricacin de los dielctricos dopado de
nanopartculas es sintetizar las nanopartculas utilizando rutas
optimizadas en reactores discontinuos qumica convencionales y, a
continuacin introducirlos en el precursor de sol-gel . Algunas de
las ventajas de la sntesis de nanopartculas ex situ son : 1 ) La
capacidad para dopar la matriz con partculas de ncleo / corteza .
2) La capacidad de incorporar partculas de diferente forma, por
ejemplo Nanorods. 3) la oportunidad de adaptar la qumica de la
superficie , por ejemplo , la pasivacin de sitios de defecto o de
la recombinacin . 4) La posibilidad de llevar a cabo la seleccin de
tallas y la purificacin de las partculas. 5) El potencial para
derivar las nanopartculas , por ejemplo mediante la funcionalizacin
con aceptores redox , donantes , colorantes o incluso con otras
nanopartculas compuestas de metal -semiconductor (PNs) .En este
estudio, se presenta en la fabricacin de nanopartculas de oro en
xido de titanio dopado con matrices dielctricas que utilizan
nanopartculas de oro monodispersas. Se discuten las vas para la
integracin homognea de las partculas en la pelcula y discutir cmo
las propiedades pticas cambian durante el recocido. Se muestra,
adems, que la sntesis ex situ y el dopaje pueden llevar a
distribuciones homogneas de las nanopartculas, y el mtodo se puede
ampliar fcilmente a otros nanopartculas. Existe una compleja
interaccin entre la cristalizacin de la matriz, la porosidad, y el
ndice de refraccin de material compuesto que se puede supervisar el
uso de los turnos de plasmones superficiales o elipsometra
espectroscpica. En artculos posteriores, vamos a correlacionar las
propiedades pticas con las propiedades electrnicas y el
comportamiento de difusin de gas de las pelculas de nanopartculas
dopado.2. Resultados La figura 1 resume el procedimiento sinttico
general adoptada para obtener homogneamente pelculas de TiO2 dopado
NP Au (vase la seccin experimental para ms detalles). NPs de oro
(500 mL, 0,50 mM) en agua se sintetizaron utilizando el mtodo de
Turkevich. Con el fin de transferencia de fase de las partculas en
etanol, fueron funcionalizados primero por adicin de cido
mercaptoundecanoico (1 mM en etanol) a pH 7.Solucin de sol-gel de
Ti-butxido de potasio, acetilacetona, EtOHProceso de concentracin a
travs de MUASntesis de NP Au HAuCl4, citrato de Na, H2O
Pre-mezcla de MeOH
Mezcla
Recubrimiento por centrifugacin
Recocido de Pelculas
Figura 1. Esquema del proceso de sntesis global desarrollado
para dopar pelculas delgadas sol-gel TiO2 con morfolgicamente
controlados NP Au. El control de la morfologa de las nanopartculas
de Au se obtiene mediante la separacin de la sntesis de partculas
desde el proceso de sol-gel de TiO2.
El mercaptano se dej adsorber ms de media hora, a continuacin,
el pH se redujo a pH 3 usando HCl 1M. Las partculas se dejaron
sedimentar durante la noche, luego se centrifuga y se lava para
eliminar todas las sales que no han reaccionado y los iones
espectadores. Finalmente, el precipitado negro se re-peptiza en un
volumen mnimo de agua (aprox. 5 ml) con 20 L de NH3 (28% en
volumen). Por separado, una solucin de sol-gel que contiene el
precursor de TiO2 se prepar mezclando butxido de titanio,
2,4-pentanodiona (acetilacetona, AcAcH), y EtOH (etanol).Para
facilitar la dispersin de los NPs (nano partculas) de Au en la
solucin de sol-gel, el concentrado suspensin Au en agua se mezcl
previamente con MeOH (metanol; MeOH/H2O = 3:1) y despus se aadi a
la solucin de butxido de Ti de sol-gel. El pH de la suspensin de NP
Au en el agua despus de que el procedimiento de concentracin fue de
alrededor de 8, disminuyendo a 7 despus de la adicin de MeOH. La
solucin de sol-gel de partida tena un pH en el intervalo de 6-7,
mientras que la solucin final (NP Au en una solucin de agua / MeOH
/ sol-gel) era de pH 5.En la Figura 2, se muestra una imagen de
microscopa electrnica de las nanopartculas de oro. La distribucin
del tamao se determin utilizando ImageJ 1.34s software analizador
de imgenes para analizar 600 partculas. Las partculas tenan un
dimetro medio de 9,7 nm con una desviacin estndar de 0,9 nm como se
muestra en el recuadro superior de la Figura 2. Espectros de
absorcin ptica de la misma suspensin diluida 1:600 son visibles en
el recuadro inferior de la Figura 2.El pico de absorcin estrecha
centrada a 520 nm es la banda tpico asociado con la resonancia de
plasmn de superficie (SPR) de electrones de conduccin en pequeas
agrupaciones esfricas de oro. El coeficiente de extincin (M-1 cm-1)
se encontr que era 3995 M-1 cm-1 en = 522 nm, dando lugar a una
concentracin de oro y de partculas de 61,4 10-3 M despus de la
concentracin y la superficie de funcionalizacin. Espectros de
absorcin de TiO2 y pelculas TiO2-Au sobre el rango de 200-800 nm
para las muestras calentadas de 100 C hasta 500 C se presentan en
la Figura 3. Cada espectros de absorcin de informes de grupos
especiales de ambos dopado-Au (lnea continua) y pelculas sin dopar
(lnea discontinua) a cada temperatura de recocido.La banda SPR
resultante de las nanopartculas de oro en pelculas TiO2-Au es
claramente visible en cada pelcula. La lnea vertical de puntos
marca el pico de SPR de los clusters de Au en la solucin acuosa
inicial (522 nm); como se esperaba, hay un claro desplazamiento
hacia el rojo cuando las partculas de oro estn incrustados en la
matriz de TiO2 debido a la mayor ndice de refraccin de la matriz de
sol-gel. Los espectros de absorbancia ptica de pelculas de TiO2 sin
dopar se presentan tambin en cada panel como lneas discontinuas y
no muestran ninguna evidencia de la banda de plasmn de superficie
asociada con partculas de oro. Sin embargo, hay una banda de
absorcin ancha centrada a 800 nm de la muestra de 100 C recocido
que permanece encendida en azul-turnos a 375 nm despus de recocido
a 500 C, que resulta de la interferencia ptica.
El efecto de la concentracin de partculas en la resonancia de
plasmn de superficie se muestra en la Figura 4. El pico de absorcin
es directamente proporcional al contenido de oro para pelculas
recocidas a todas las temperaturas, excepto 100 C. Debido a que la
fraccin de volumen de oro es baja, la posicin del pico de SPR no
cambia con la concentracin de dopaje. El parmetro principal que
afecta a la posicin del pico es la temperatura de recocido.
Figura 2. Microscopa electrnica de transmisin (TEM) de la imagen
de campo brillante que muestra nanocristales Au como se sintetiz en
agua. Alta insercin informa de la distribucin del tamao de partcula
evaluado utilizando el software ImageJ. El tamao medio de partcula
es 9,72 nm (desviacin estndar 0,9 nm (SD)). Bajo recuadro muestra
los espectros de absorcin ptica de la misma suspensin NP con una
resonancia de plasmones superficiales banda (SPR) a 522 nm.
Figura 3. Espectros de absorcin ptica (lneas continuas) de Au
dopado de pelculas TiO2 recocidas a temperaturas en el rango de
100-500 C (reportado en el lado izquierdo de los paneles). En
comparacin, la lnea vertical de puntos marca la posicin de la banda
en 522 nm SPR obtenido para Au PN en el agua. La posicin del mximo
de la banda de SPR de Au NPs en TiO2 rojos turnos con el aumento de
las temperaturas de recocido a longitudes de onda reportados en el
lado derecho de cada panel. Los espectros de absorcin reportados
con lneas de puntos son para pelculas de TiO2 en blanco.
Figura 4. Espectros de absorcin de peliculas TiO2-Au calentados
en el rango de 100 a 400 C (temperaturas reportadas en los
paneles). Cada panel representa los espectros de absorcin ptica de
las pelculas de TiO2 dopado con tres fracciones diferentes peso NP
Au: a) 4% en peso, b) 5,5% en peso, c) 8% en peso.En la Figura 5,
la posicin del pico de la banda de SPR se representar grficamente
como una funcin de la temperatura de recocido de las muestras para
las pelculas con diferentes concentraciones de partculas de Au. El
desplazamiento al rojo progresiva de la longitud de onda mxima es
proporcional al aumento en la temperatura de hibridacin de la
muestra y sigue una tendencia similar para las pelculas con
diferente contenido de oro de hasta 400 C, mientras que para las
pelculas recocidas a 500 C, los puntos de datos estn repartidas en
una gama ms amplia de longitudes de onda.
Figura 5 Evolucin de la posicin de desplazamiento al rojo
observado del mximo de la banda SPR para TiO2-Au pelculas frente a
la temperatura de recocido en el rango de 100 - 500 C. Las lneas
reportadas se refieren a tres concentraciones diferentes NP Au: a)
4% en peso, b) 5,5% en peso, c) 8% en peso. PL:
fotoluminiscencia.La posicin predicha por la teora de Mie de 10 nm
partculas de anatasa cristalina es 648 nm. Por lo tanto, el ndice
de refraccin promedio de matriz se aproxima a los valores del
semiconductor cristalino a granel slo despus de extensa de recocido
a alta temperatura. Una pregunta importante es si existe migracin
de partculas significativa durante recubrimiento por rotacin o
durante el recocido de las pelculas de semiconductores. Para
investigar esto, el precursor de sol-gel se revisti spin-sobre el
lado posterior de un microscopio electrnico de transmisin de cobre
revestida de carbono (TEM) de la red y posteriormente recocida a
200 C. A continuacin, la pelcula de espesor 50 nm fue fotografiada
directamente en el microscopio electrnico. La imagen de la Figura 6
muestra una dispersin homognea de nanopartculas de oro en escalas
del micrmetro de longitud. En algunos casos aislados, algunos
pequeos agregados se pueden discernir, como se muestra en el
recuadro. Sin embargo, la inmensa mayora de las partculas se
mantienen bien separado y estadsticamente dispersa. Anlisis de
distribucin de Tamao realizado con ImageJ 1.34s dio un valor de
tamao de partcula medio de 9,51 nm con una desviacin estndar de
0,89 nm, en estrecho acuerdo con los resultados obtenidos a partir
de la imagen de TEM de partculas en la solucin inicial de agua.
Figura 6. Imagen de TEM de campo claro en gran escala de una
pelcula de TiO2-Au (8% en peso) depositado en el lado trasero de
una rejilla de cobre recubierta de carbono y recocida a 200 C. Un
histograma de la distribucin de tamaos de las partculas se informa
en el recuadro superior izquierdo. Dimetro medio de partculas
calculada es 9,51 nm (0,89 nm SD). El recuadro de la derecha
informa de una vista de primer plano de un agregado NP Au.En la
Figura 7 los ndices de refraccin de las pelculas que se sometieron
a recocido a temperaturas crecientes se representan junto con el
ndice de refraccin calculado utilizando la posicin del pico de la
banda de SPR. El eje y en el lado derecho informa de la porosidad
pelcula calcula utilizando los ndices de refraccin de la
pelcula.
Figura 7. Evolucin trmica de TiO2-Au (8% en peso) ndices de
refraccin pelcula (izquierda eje-y) y porosidad (eje y derecho) a)
medidas por elipsometra y b) calculada con la teora de Mie
utilizando el mximo de la banda SPR de Au NP.Las imgenes en la
Figura 8 muestran cuatro muestras de TiO2 y pelculas TiO2-Au
depositadas sobre sustratos de silicio y recocidas a las
temperaturas reportadas. Las dimensiones de la muestra se pueden
deducir a partir de la escala en la parte inferior. Pelculas sin
dopar (muestras superiores) son incoloros a travs de todo el rango
de temperatura de recocido (slo las muestras recocidas a 100 C y
400 C se muestran en la imagen), mientras que las pelculas de Au
TiO2 evidencian rosa al violeta, los colores en funcin de la
temperatura de coccin.La difraccin de rayos X (DRX) espectros
reportados en la Figura 9 muestra la composicin microestructural de
TiO2-Au pelculas recocidas a 200, 400, y 500 C junto con la seal de
difraccin de una monocapa de partculas de Au depositado en un
aminopropilsilano-funcionalizado portaobjetos de vidrio. Los picos
detectables en todos los patrones surgen de (111) y (200) planos de
la red cbica de oro cristalino de metal (archivo de difraccin de
polvo no. 04-0784, Centro Internacional de Datos de Difraccin
(ICDD), Newton Square, PA).El tamao del cristal evaluado a partir
de la ecuacin de Scherrer utilizando el ancho completo en valores
de los picos de difraccin media mxima (FWHM) se distribuyen en
torno a un valor medio de 5 nm con una desviacin mxima de 8%. Sin
embargo, la pelcula de xido de titanio no exhibe picos de difraccin
discernibles a temperaturas de hasta 400 C. Slo cuando recocida a
500 C se produce la cristalizacin en la fase de anatasa, que
conduce a picos de (101) y (200) planos de la red (archivo de
difraccin de polvo n 86, -. 1157, ICCD), con dimensiones de cristal
medios calculados de 11 nm.La topografa pelcula se analiz por
microscopa de fuerza atmica (AFM) para determinar si el recocido y
la cristalizacin afectan a la suavidad de la pelcula global, lo
cual es crtico para aplicaciones pticas. En las figuras 10a, b y
11a-c, imgenes tpicas del modo tapping se muestran, y las figuras
10c y 11d informe perfiles topogrficos obtenidos a partir de las
imgenes.
Figura 8. Imagen de pelculas de TiO2 (superior) y TiO2-Au (8% en
peso) pelculas (inferiores) depositadas sobre sustratos de vidrio
de SiO2 recocidas a 100 C (lado izquierdo) y 400 C (lado derecho).
La barra de escala es en centmetros. Au NPs confieren las pelculas
con un color rosado despus de recocido a baja temperatura que
convierte a violeta despus de un tratamiento a temperaturas ms
altas.
La Figura 9. Patrn de XRD de pelculas recocidas de 100 a 400 C
ya 500 C. Au (111) y (200) planos de difraccin son reconocibles en
todos los modelos, mientras que anatasa (101) y (200) planos
reticulares son detectables en las pelculas se calentaron a 500 C.
Dimensiones de granos cristalinos evaluados con la correlacin
Scherrer producen un dimetro de cristalito de 5 nm de NP Au y 11 nm
de anatasa. El grfico inferior es el patrn de difraccin obtenido a
partir de un puro monocapa de NP Au depositado sobre
(3-aminopropil) trietoxisilano (APES) sustrato de vidrio de SiO2
funcionalizado. Picos asociados con el (111) y (200) planos de
retcula de metal de Au son visibles. El tamao de grano se estim en
5 nm.Figura 10d muestra la evolucin de la media de altura de pico a
punto ms bajo de las caractersticas de la superficie como una
funcin de la temperatura de hibridacin de la muestra, y la Figura
11c muestra la imagen obtenida despus de un anlisis realizado sobre
una monocapa de NP Au que se sintetiz por adsorcin de NP en
(3-aminopropil) trietoxisilano (APES) funcionalizado superficie de
vidrio.
Figura. 10 1m 1 m imgenes de AFM de a) pelculas de TiO2 y b)
TiO2-Au (8% en peso) de pelcula se calienta a 100 C. Exploraciones
lineales 1 y 2 se representan grficamente en (c). d) Evolucin de la
altura media frente a la temperatura (rango de 100 a 500 C) para
TiO2 y pelculas TiO2-Au. Manchas blancas en (b) son NPs Au
parcialmente salen de la superficie de la pelcula. Los valores de
rugosidad de la superficie en la direccin z medias evaluados a
partir de (a) y (b) son 0,3 y 0,8 nm, respectivamente.3. Discusin
El objetivo sinttico clave de este trabajo fue el diseo de un
proceso genrico para la dispersin de nanopartculas de metales
monodispersas en las pelculas de xido de titanio en una amplia gama
de concentraciones de partculas con la agregacin mnima o separacin
de fases. Un paso clave es la funcionalizacin de la superficie de
las nanopartculas de modo que puedan ser altamente concentrados y
dispersan en soluciones a base de etanol, que tienen una constante
dielctrica sustancialmente menor que el agua. Cubiertas de MUA
nanopartculas Au son altamente solubles en medios acuosos bsicos y
agregada en medios cidos debido a la protonacin de los grupos
carboxilo de MUA. La adicin de solucin de HCl 1 M a la suspensin de
partculas de MUA / Au en agua hace que las partculas floculen y
suavemente precipitan en el fondo del matraz que permite la
eliminacin del disolvente casi completa. La consecuente adicin de
20 L de solucin de NH3 concentrado (28% en volumen) provoca la
ionizacin rpido de los grupos carboxlicos y conduce a la completa
re-peptizacin sin aumentar fuertemente la fuerza inica.Mezcla
directa de la citrato-estabilizado acuosa de suspensin Au con la
solucin de sol-gel no es posible a causa de reacciones de hidrlisis
/ condensacin rpida de la butxido de Ti promovido por el agua en el
sol de oro y debido a la rpida agregacin del sol de oro. Se ha
demostrado previamente que los grupos carboxilo de MUA no se
ionizan en etanol, pero las soluciones sol-gel slo a base de etanol
permitir la deposicin de pelculas de TiO2 de buena calidad ptica.
Estas cuestiones pueden ser obviadas por adicin de acetilacetona a
la solucin de sol-gel, que retarda la velocidad de hidrlisis de Ti
butxido de potasio.Adems con el fin de transferir de forma segura
las partculas de Au en la mezcla de sol-gel, metanol ha sido
encontrado para ser un portador adecuado. Mezclando previamente la
acuosa cubiertas de MUA suspensin de nanopartculas de Au con
metanol evita la agregacin de partculas cuando el Au en la mezcla
de agua / metanol se aade a la solucin de butxido de titanio en
etanol. Esto puede estar relacionado con la diferencia en la
polaridad de metanol (32,6 a 25 C) y etanol (24,3 a 25 C). Sin
embargo, el etanol es el disolvente preferido ya que la rpida
evaporacin del metanol induce la agregacin no deseada de partculas
de Au-e incluso la expulsin de las partculas de la matriz.Ms difcil
de identificar es el pH ptimo de la solucin de precursor. Titania
tiene un punto de carga cero (PZC) en medios acuosos de pH 5.5-6.8,
dependiendo de la cristalinidad de las partculas y los aniones
presentes, debido a la protonacin y desprotonacin de grupos
hidroxilo superficiales para formar Ti-OH2 + especies a pH PZC.
Figura 11. A) 1 m 1 m AFM imagen de una pelcula de TiO2-Au
recocido de hasta 300 C. b) 1 m 1 m AFM imagen de una superficie de
pelcula TiO2-Au calienta a 500 C. La estructura granulada de
cristales de anatasa es discernible sobre toda la regin. c)
0,5m0,5m imagen de una monocapa NP Au depositado en la superficie
de un sustrato SiO2: Bien separados, partculas individuales
"desnudos" son reconocibles. d) los rastros topogrficos de
partculas de oro 1) en la parte superior de un oro dopado pelcula
de xido de titanio y 2) en la parte superior de un sustrato de
slice. La excursin vertical mxima en (1) es de 4 nm, mientras que
en (2) es 11 nm.El pH decreciente de las soluciones utilizadas en
el esquema de sntesis (figura 1) de 8 a 5 se puede atribuir a la
qumica del proceso global. El carcter bsico de la suspensin
concentrada de Au / MUA en agua da como resultado de la disociacin
del NH3 para formar NH4 + y OH-. Aproximadamente el 6% de la
cantidad total de molculas de NH3 ionizar los grupos terminales
carboxlicos de MUA, estabilizando PN Au en el entorno acuoso. El pH
se reduce a aproximadamente 7 cuando se aade un exceso de metanol,
probablemente debido a la constante dielctrica ms baja reduce el
grado de ionizacin del amonaco. Sin embargo, estabilizados-MUA NPs
Au no se agregan cuando se aade metanol (mientras que lo hacen
agregada si se aaden etanol o de cadena de carbono ms larga
alcoholes), lo que indica que los grupos carboxilo del MUA estn
todava parcialmente ionizados en metanol.Cuando se aade la solucin
de sol-gel, el pH de la mezcla disminuye an ms debido a la
desprotonacin de acetilacetona por amonaco en la solucin acuosa;
una reaccin conocida que se adopt como un mtodo eficaz para la
sntesis qumica de cetonas b-amino. El valor de pH (alrededor de 5)
de la solucin final de sol-gel es ms bajo que el PZC para TiO2,
confiriendo as una dbil pero significativa densidad de carga
positiva en la superficie de TiO2 que puede anclar eficazmente los
cargados negativamente nanopartculas de Au.En consecuencia, los
valores de pH que permiten controlada, la carga de nanopartculas
homognea se limitan a un pequeo intervalo de pH (entre 5 y 6,8). El
lmite superior est impuesto por la necesidad de garantizar la
solucin final de sol-gel tiene un pH inferior al PZC de TiO2,
mientras que el inferior es necesaria para evitar la agregacin de
Au NPs.Los espectros de absorbancia ptica de la Figura 3 muestran
claramente un desplazamiento hacia el rojo de la banda de plasmn de
absorcin de NP Au dentro de las pelculas de TiO2 en funcin de la
temperatura de recocido. Cabe mencionar que todas las pelculas
TiO2-Au se sintetizaron a partir del mismo lote racimos de Au;
Adems, las imgenes de TEM en la Figura 6 demuestran que las
partculas de Au no se ven afectados por el proceso de recocido y no
se agregan en el interior de la matriz. En consecuencia, cualquier
cambio observado en los espectros de absorcin ptica se puede
atribuir a las diferencias en el ndice de refraccin de TiO2.Los
espectros de absorcin ptica en la Figura 4 corroborar la afirmacin
de que el desplazamiento hacia el rojo de la banda de SPR se asocia
con una modificacin de las propiedades pticas de la matriz y no a
los cambios en la morfologa de las partculas, debido a que la
longitud de onda de los restos mximo de la banda de SPR invariable
si las pelculas con diferentes contenidos de oro se hibridan a la
misma temperatura. Elipsometra espectroscpica se ha utilizado para
medir las constantes pticas y el espesor de pelcula de todas las
muestras (vase la Tabla 1). El ndice de refraccin tambin se puede
determinar independientemente de la posicin de la banda de SP
utilizando la Ecuacin 1
.(1)Aqu, P es la longitud de onda de plasma mayor de oro (131
nm) y es el valor de alta frecuencia de la funcin dielctrica (12,2
para el oro). Para una matriz no absorbente, el ndice de refraccin
es med = . Los valores de medicin del ndice de refraccin de las
pelculas de TiO2-Au se representan grficamente en la Figura 7 (a la
izquierda del eje Y), junto con los valores calculados utilizando
la Ecuacin 1. La diferencia mxima entre los valores calculados y
los medidos es de aproximadamente 10% para las muestras recocido a
100 C.El lado derecho de la grfica de la figura 10 informes de la
porosidad pelcula estimado usando los ndices de refraccin de las
pelculas (tanto medidos y calculados) usando la ecuacin propuesta
por Zhao et al. y Ahn et al. y suponiendo un valor de n = 2,52 para
el ndice de refraccin de TiO2 densa. Los espesores medidos e ndices
de refraccin de ambos TiO2 y TiO2-Au pelculas se resumen en la
Tabla 1. Si bien los ndices de refraccin calculados a partir de la
posicin SP-banda son sistemticamente inferiores a los valores de
elipsometra, la diferencia no es grande. La explicacin ms simple
para la diferencia es que elipsometra mide el ndice de refraccin
promedio en volumen, incluyendo el espacio vaco y la matriz
sol-gel, mientras que las nanopartculas de oro pueden interactuar a
nivel local con las regiones del ndice de refraccin ligeramente
menor que el promedio.Tabla 1. Espesor e ndices de refraccin (n)
midieron utilizando elipsometra a 589 nm para TiO2 y pelculas a
diferentes temperaturas de recocido medidos usando elipsometra
TiO2-Au (8% en peso).
Excluimos los cambios en las propiedades pticas de las partculas
de oro ya que se han encontrado los datos dielctricos de Johnson y
Christy que ser muy preciso para la regin de 1,3
