Yakın kızılötesi bölgede yüksek ışık-ısı çevrimine sahip özgün nanoyapıların hazırlanması ve fototermal etkinliklerinin araştırılması

Abstract

Nano boyutlu malzemelerin geniş yüzey alanı-hacim oranı, geçmişten bugüne kadar keşfedilen beklenmedik mekanik, elektriksel ve optik özellikler sayesinde yeni ve heyecan verici araştırma alanlarının ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bu özellikler sayesinde nano-yapılar moleküler görüntüleme, erken hastalık teşhisi, doku mühendisliği, atık su arıtma, gıda paketleme, UV koruması, endüstriyel katalizörler, elektronik, piller ve kuantum bilgisayarlar alanlarında geniş bir uygulama alanı sunmaktadır. Hem altın nanoparçacıkların hem de manyetik nanoparçacıkların, ışık ısı çevrimi son zamanlarda deneysel ve teorik olarak incelenmektedir. Ancak daha önce de belirtildiği gibi bu dönüşüm özelliği her nanomalzemenin yapısına ve bileşimine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Farklı nanoparçacık yapılarının dekore ve organize edilmesi ile nanoparçacıkların plazmonik özellikleri geliştirilerek ışıktan ısıya yüksek dönüşüm elde edilmesi mümkün gözükmektedir. Bu bilgiler ışığında, benzerlerinden farklı optik özellikleri nedeniyle yüksek ışık-ısı dönüşümüne sahip nanoyapıların hazırlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla içi boş altın nanoparçacıklar ve silika kaplı manyetik demir oksit nanoparçacıklar üzerinde çalışılmıştır. Bu amaçla, içi boş altın nanoparçacıklar ve silika kaplı manyetik demir vi oksit nanoparçacıklar hazırlanmış ve daha sonra küçük boyutlu altın nanoparçacıklar ve gümüş-altın bimetalik nanoparçacıklar ile bezenmiştir. Bu çalışmada dört farklı nanoyapı hazırlanmış ve bunların ışığı ısıya dönüştürme kapasitesi araştırılmıştır. Bu yapılardan ilk ikisi, 24 nm boyutunda ve 5-10 nm kalınlığında kabuğa sahip içi boş altın nanoparçacıklar (HAuNPs) üzerine 1-3 nm boyutunda altın (AuNPs) ve gümüş-altın bimetalik nanoparçacıkların (AgAuNPs) eklenmesiyle hazırlanmıştır. (HAuNPs-AuNPs, HAuNPs-AgAuNPs). Üçüncü ve dördüncü parçacık yapıları, sırasıyla silika kabuk ile kaplanmış manyetik demir oksit nanoparçacıkların üzerine 1-3 nm boyutunda hem altın nanoparçacıklar ve altın-gümüş bimetalik nanoparçaçıklar eklenerek hazırlanmıştır(Fe3O4-SiO2-AuNPs, Fe3O4-SiO2-AgAuNPs). Hazırlanan yapıların karakterizasyonu, yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HR-TEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), ultraviyole ve görünür spektroskopi (UV-Vis) ve titreşimli numune manyetometresi (VSM), ve hazırlanan yapıların fototermal etkileri, çözelti içinde, 808 nm dalga boyunda ışık kaynağı kullanılarak araştırılmıştır.

Due to their large surface area-to-volume ratios, nano-sized materials possess incredible mechanical, electrical, and optical properties. Accordingly, new and exciting research areas have arisen. As a result, nanostructures provide a wide range of applications in the areas of molecular imaging, early disease diagnosis, drug delivery, tissue engineering, wastewater treatment, food packaging, UV protection, industrial catalysts, electronics, batteries, and quantum computers. The light-to-heat conversion of both gold nanoparticles and magnetic nanoparticles has been studied recently experimentally and theoretically. Yet, it is known that the conversion property depends on the structure and the composition of the nanomaterials. High light-to-heat conversion can be obtained by improving the plasmonic properties of nanoparticles because of decorating and organizing the different nanoparticle structures. Among this information, it is aimed to prepare nanostructures that have high light-to-heat conversion due to their unique optical properties. For this aim, hollow gold nanoparticles and silica-coated magnetic iron oxide nanoparticles were prepared and then decorated with ultrasmall gold nanoparticles and silver-gold bimetallic nanoparticles. iv In this study, four different nanostructures were prepared, and their ability to convert light into heat was investigated. The first two of these structures were prepared with the addition of gold (AuNPs) and silver-gold bimetallic nanoparticles (AgAuNPs) of 1-3 nm in size onto the hollow gold nanoparticles (HAuNPs) with a 24 nm size and 5-10 nm shell thickness (HAuNPs-AuNPs, HAuNPs-AgAuNPs). The third and fourth particle structures were prepared by adding 1-3 nm sized both gold nanoparticles and gold-silver bimetallic nanoparticles on magnetic iron oxide nanoparticles that coated with a silica shell respectively (Fe3O4-SiO2-AuNPs, Fe3O4-SiO2-AgAuNPs). The characterization of the prepared structures was performed with high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), ultraviolet and visible spectroscopy (UV-Vis), and vibrating sample magnetometer (VSM), and the photothermal effects of the prepared structures were investigated by using an 808 nm wavelength laser irradiation in aqueous solution.