Metallic nanoparticles and thin films for optical sensors on glass substrates

摘要

Die vorliegende kumulative Dissertation besteht aus 8 Publikationen, die in internationalen Zeitschriften erschienen sind. In dieser Arbeit wurden Nanopartikel auf Glasoberflächen hergestellt, wozu ein Entnetzungsprozess dünner gesputteter Metallschichten genutzt wurde. Die kleinen metallischen Strukturen sind im Größenbereich von wenigen 10 nm bis hin zu mehreren 100 nm. Sie besitzen gegenüber ihren makroskopischen Vertretern, veränderte optische, chemische und physikalische Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind u.a. durch die Größe, Form und das umgebende Material beeinflussbar. Somit sind diese Strukturen interessant für den Einsatz als sensorische Elemente. Der Einsatz von Glasoberflächen erlaubt neben der Fixierung und Stabilisierung der Partikel, auch den einfachen messtechnischen Zugang zu den optischen Eigenschaften sowie die Möglichkeit der produktspezifischen Formgebung des zugrundeliegenden Substrates. Goldnanopartikel werden zur Messung des Brechungsindexes der umgebenden Matrix verwendet. Denn ein sich ändernder Brechungsindex verschiebt die Plasmonenresonanz in charakteristischer Art und Weise. Die Einbettung in eine schützende CCVD-SiO2-Schicht, erlaubt die Erzeugung mechanisch stabilerer Nanopartikeln ohne den völligen Verlust der sensorischen Eigenschaften. Palladium besitzt die Eigenschaft, Wasserstoffmoleküle bei Raumtemperatur zu spalten und die entstehenden Wasserstoffatome in Abhängigkeit der umgebenden Konzentration in sein Gitter einzubauen. Die daraus resultierenden Veränderungen der optischen Eigenschaften des Palladiums, sind einfach zu messen aber für Partikel nicht zufriedenstellend beschrieben. Die thermische Herstellung von Palladiumnanopartikeln unter Umgebungsbedingungen und ohne chemische Stabilisationsmaßnahmen, ist aufgrund der Oxidationsneigung komplexer als für die weitestgehend inerten Goldpartikel. Die erzeugten Partikelschichten besitzen starke 111 Textur. Bei höheren Entnetzungstemperaturen treten zusätzlichen Texturen auf.