ИСТИНА

Получение качественных и эффективных подложек для контроля содержания малых количеств органических примесей в жидкостях методом гигантского комбинационного рассеяния света (ГКР), создаваемых с использованием пленок фотонных кристаллов со структурой опала и инвертированного опала и композитов типа диэлектрик-металл на их основе.

The project is aimed at solving the actual problem of monitoring the content of small amounts of organic impurities in liquids by the method of surface enhanced Raman scattering (SERS). The novelty of the project lies in the fact that it is planned to study and compare different approaches to the fabrication of SERS-active coatings, which make it possible to obtain the highest Raman scattering on molecules of different analytes. All analyzed approaches will be based on the methods of deposition of colloidal particles of SiO2 or polystyrene. It is planned to test the following types of coatings: based on dielectric films with inverse opal structure containing gold nanoparticles embedded in them; based on single-layer gold or silver films with inverse opal structure; based on dielectric films with opal structure coated with a thin layer of silver or gold (dielectric-metal composites). For all types of coatings, the SERS enhancement factors and detection limits for different test analytes should be compared, and conclusions should be drawn about the prospects of one or another approach. Particular attention is expected to be paid to the possibility of additional enhancement of SERS due to the slow photon effect in coatings with the structure of opal or inverse opal, as well as composites based on them, demonstrating photonic-crystal properties.

План первого года предполагает, прежде всего, работы по синтезу ГКР-материалов. В случае успешной его реализации должны быть получены ГКР-покрытия разного типа: опаловые пленки с серебряным или золотым покрытием сверху, пленки со структурой инвертированного опала из золота или серебра, диэлектрические (из фоторезиста) инвертированные пленки с наночастицами золота внутри. Если первые эксперименты по ГКР покажут, что среди полученных образцов есть конкурентоспособные (с коэффициентом усиления комбинационного рассеяния больше, чем 105, и пределом детектирования какого-либо аналита ниже, чем 10-7 М), то это можно будет считать хорошим результатом. Разнообразие полученных материалов создаст предпосылки для сопоставления их свойств, научного осмысления результатов и концентрации усилий в наиболее перспективном направлении в следующем году.

Руководитель проекта имеет большой опыт получения пленок со структурой опрала и инвертированного опала. Под его руководством был разработан адаптированный к лабораторным условиям университета метод синтеза узкодисперсных сферических частиц диоксида кремния [С.О. Климонский и др. / ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК 457 (2014) 50], изучалась взаимосвязь микроструктуры и оптических свойств пленок опалового типа, получаемых методом вертикального осаждения [Т. Бахия, …, С.О. Климонский. / Кристаллография 62 (2017) 815], разработан метод прерывистого осаждения коллоидных частиц и изучены свойства получаемых полосчатых структур [M. S. Ashurov, …, S. O. Klimonsky. / Appl. Phys. A 122 (2016) 1054. M. Ashurov, …, S. Klimonsky. / Superlattices and Microstructures 120 (2018) 806. M. S. Ashurov, …, S. O. Klimonsky. / Journal of Physics: Conf. Series 1124 (2018) 051008], разработан метод инвертирования опаловых пленок с помощью фоторезиста ETPTA. Под руководством Климонского С.О. была поставлена и опубликована также работа по изучению усиления комбинационного рассеяния света за счет эффекта замедления фотонов в тонкопленочных фотонных кристаллах; разработаны методы введения наночастиц золота в пленки с инвертированной структурой, не нарушающие их структурное совершенство и фотонно-кристаллические свойства; показано, что данные пленки могут выступать в качестве ГКР-подложек с коэффициентом усиления порядка 10^5 и пределом детектирования метиленового голубого на уровне 10-7 М. Отмеченные исследования, связанные с комбинационным рассеянием и ГКР, были также составной частью работ по аспирантскому гранту РФФИ (грант номер 19-33-90266), руководителем которого являлся автор данного проекта (Климонский С.О.); аспирант Ашуров М.С., выполнявший работы по гранту, благополучно защитил в 2021 году кандидатскую диссертацию по теме «Синтез и сенсорные свойства фотонно-кристаллических пленок опалового типа».