Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki (Nr rej.: 2017/25/B/ST5/01997)
Określanie składu chemicznego powierzchni różnych materiałów jest bardzo ważne zarówno w badaniach podstawowych jak i stosowanych. Analizy składu powierzchni prowadzi się wieloma różnego rodzaju metodami, przy czym znaczna część dostępnych technik badawczych pozwala tylko na określanie składu powierzchni próbki, która znajduje się w wysokiej próżni. W wielu przypadkach interesuje nas jednak wyznaczenie składu powierzchni badanego obiektu znajdującego się w warunkach in situ, czyli, na przykład, w gazie o „normalnym” lub podwyższonym ciśnieniu, albo zanurzonego w cieczy. Wykonanie analizy powierzchniowej próbki znajdującej się w cieczy lub powietrzu jest szczególnie istotne dla obiektów biologicznych, dla których umieszczenie próbki w próżni powoduje zazwyczaj nieodwracalną zmianę jej struktury i zniszczenie obiektu. Bardzo dobrą metodą pozwalającą na określenie składu powierzchni różnego rodzaju obiektów (w tym obiektów biologicznych) w warunkach in situ jest pokrycie badanego obiektu nanorezonatorami elektromagnetycznymi, które znacznie lokalnie zwiększające natężenie promieniowania elektromagnetycznego padającego na próbkę. Powoduje to ogromny wzrost efektywności różnego rodzaju procesów optycznych zachodzących w pobliżu nanorezonatora – w tym efektywności generowania sygnału ramanowskiego. W takim przypadku mierzone widmo ramanowskie jest zdominowane przez wkład od cząstek znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie nanorezonatorów – dzięki temu, nawet gdy wiązka laserowa używana do rejestracji widma penetruje badany obiekt na znaczną głębokość, mierzone widmo ramanowskie pochodzi praktycznie tylko o molekuł znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie nanorezonatorów – czyli od warstwy powierzchniowej. Struktura wielu związków organicznych, w tym na przykład białek, może ulec znacznej zmianie pod wpływem bezpośredniego oddziaływania z powierzchnią metalem, z którego wykonany jest nanorezonator. W tym celu metal pokrywa się cienką warstwą przeźroczystego materiału, oddziaływanie z którym relatywnie niewiele wpływa na strukturę badanych molekuł (takiego jak tlenek glinu czy tlenek krzemu). Jednym z głównych problemów w tego typu badaniach jest trudność w jednorodnym nakładaniu nanorezonatorów na analizowaną powierzchnię, jak również ich późniejsze usuwanie z delikatnych obiektów, takich jak tkanki roślinne, czy też różnego rodzaju dzieła sztuki. Celem realizowanego projektu jest synteza nanorezonatorów elekromagnetycznych mających jednocześnie silne właściwości magnetyczne i ich późniejsze zastosowanie do prowadzenia badań powierzchniowych. Tego rodzaju nowatorski materiał powinien znacząco ułatwić przeprowadzanie analiz powierzchniowych przy pomocy spektroskopii Ramana.
Publikacje naukowe będące wynikiem realizacji projektu:
1) K. Kołątaj, R. Ambroziak, M. Kędziora, J. Krajczewski, A. Kudelski
Formation of bifunctional conglomerates composed of magnetic γ-Fe2O3 nanoparticles and
various noble metal nanostructures.
Appl. Surf. Sci., 470 (2019) 970–978.
2) J. Krajczewski, A. Kudelski
Shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy: A mini review.
Front. Chem. 7 (2019) 410-1–410-6.
3) J. Krajczewski, M. Kędziora, K. Kołątaj, A. Kudelski
Improved synthesis of concave cubic gold nanoparticles and their applications for Raman
analysis of surfaces.
RSC Adv. 9 (2019) 18609–18618.
4) J. Krajczewski, A. Michałowska, A. Kudelski
Star-shaped plasmonic nanostructures: New, simply synthetized materials for Raman
analysis of surfaces
Spectrochim. ActaA 225 (2020) 117469-1–117469-7.
