2023 Fiscal Year Annual Research Report
Surface modification of Ag nanoparticles and their substrates for high sensitive plasmonic sensors
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21K04830
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高廣 克己 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (80236348)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオンビーム / 局在型表面プラズモン共鳴 / 銀ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、十分制御された環境下に置かれた銀ナノ粒子（Ag NPs）の化学的安定性と高強度LSPR回復・維持の可能性を示し、特殊凹凸加工されたガラス基板上に表面修飾されたAg NPsを三次元高密度配列させる。それを使って、実用に耐え得る高感度VOCセンサーを実際に作成することで、本手法（銀ナノ粒子表面修飾と基板特殊加工）の有用性を実証することを目的とした。また、研究代表者が見出したプラズマ曝露によるナノ粒子表面清浄化機構およびイオンビーム誘起ガラス変形機構を解明し、学術的知見を得ることを第二の目的とした。このうち前年度では、銀ナノ粒子の表面修飾に注力した。
DCスパッタ蒸着により、透明石英板上にAgナノ粒子凝集体（Ag NPs/SiO2）を作製し、7日間真空中に保管した。Ag NPs/SiO2に対して、30 keV Heイオンを照射した。照射・未照射試料に対して、紫外可視光吸収分光を行った。また、分光器用セル内へのVOC液滴（エタノール、アセトン、ブタノールなど）滴下前後の光吸収スペクトルの変化から、VOC蒸気応答性を評価した。その結果、イオン照射したAgナノ粒子凝集体において、プラズモン吸収帯の尖鋭化に起因したVOC蒸気応答性の向上を示すことができた。また、低圧Arプラズマ曝露によってもプラズモン吸収帯の尖鋭化を実現することができた。プラズマ発光分光の結果、低圧プラズマ中に存在する数十電子ボルトのエネルギーをもつ電子のAgナノ粒子表面への照射によって、Agナノ粒子表面の化合物・汚染物層が還元、清浄化され、プラズモン吸収帯が尖鋭化したと結論できた。最終年度では、Agナノ粒子にPtコーティングを施すことにより、プラズモン特性の経時変化（強度低下）を低減させることができた。
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