Дисертація доктора філософії. Хутько Марія Михайлівна. ЛОКАЛІЗОВАНИЙ ПОВЕРХНЕВИЙ ПЛАЗМОННИЙ РЕЗОНАНС В НАНОРОЗМІРНИХ СИСТЕМАХ З РОЗВИНУТОЮ МОРФОЛОГІЄЮ ДІЕЛЕКТРИЧНОГО ПОКРИТТЯ

Registration Number

0826U004875, PhD dissertation

Status

Доктор філософії

Date

15-10-2026

popup.evolution

.

Title

Localized surface plasmon resonance in nanoscale systems with developed dielectric coating morphology.

Author

Mariia M. Khutko, аспірант

popup.head Andrii M. Lopatynskyi
popup.opponent Valerii L. Demchenko
popup.opponent Tetiana Bulavinets
popup.review Olha A. Kapush
popup.review Anatoliy Evtukh

popup.rada

V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine

Description

Основні розділи дисертаційної роботи: У першому розділі проведено аналітичний огляд сучасного стану досліджень явищ ЛППР у плазмонних наночастинках (НЧ) і наноструктурах (НС) Ag та Au і явища ППФ у нанокомпозитах, що містять флюорофори та діелектричні спейсери. Проаналізовано теоретичні підходи до моделювання ЛППР (теорія Мі, методи дискретних диполів та скінченних різниць у часовій області) та ППФ (метод граничних елементів, електростатичне наближення, метод множинних мультипольних полів, дипольне наближення на основі діадної функції Гріна). Розглянуто методи синтезу колоїдних Ag НЧ, їх стабілізації полімерними оболонками, зокрема термочутливим полімером pNIPAM (для систем доставки ліків), та застосування Ag НС у тонкоплівкових нанокомпозитах. Досліджено фізико-хімічні властивості флюорофора пірену, механізми плазмон- флюорофорної взаємодії, а також аналітичні методи детектування нітровмісних сполук із застосуванням молекулярно-імпринтованих полімерів (МІП).  У другому розділі викладено теоретичні основи явищ ЛППР та ППФ, детально описано використані математичні моделі, методики виготовлення 3 зразків і комплексної їх характеризації. Для моделювання спектрів екстинкції Ag НЧ з полімерним покриттям застосовано теорію Мі для сферичних частинок з оболонкою з урахуванням розмірного ефекту обмеження довжини вільного пробігу електронів. Для розрахунку спектрів ППФ плазмонних наночипів використано підхід на основі діадної функції Гріна в рамках розв'язання об'ємних рівнянь Ліппмана-Швінгера з урахуванням розподілу за розміром Ag НС. Описано методики фото- та термоініційованого синтезу колоїдних Cit Ag НЧ, Cit Au НЧ/HO та зародкових Ag НЧ з покриттям pNIPAM, а також формування нанокомпозитів на основі ПВП, пірену, МІП та Ag/Au НС. У третьому розділі представлено результати синтезу, розрахунку та оптимізації параметрів зародкових Ag НЧ з покриттям pNIPAM (за допомогою АСМ, DLS та комп'ютерного моделювання ЛППР). Встановлено, що використання спеціалізованого ініфертера з тіольною групою спрощує стадії RAFT-полімеризації та дозволяє формувати термочутливу оболонку pNIPAM безпосередньо під час синтезу Ag НЧ. Проаналізовано вплив концентрацій NIPAM та ініфертера на стабільність НЧ завдяки формуванню електростатичних хелатних комплексів. Визначено оптимальний час УФ-опромінення при синтезі для запобігання агрегації та забезпечення максимального виходу частинок з вираженим відгуком ЛППР. Показано потенціал таких наноструктур як шаблонів для синтезу Cit Au НО та розробки систем доставки ліків.  У четвертому розділі висвітлено результати чисельного моделювання та експериментальних досліджень явища ППФ для модельного флюорофора поблизу Ag НС. Розраховано оптимальну відстань між НС та флюорофором (~15 нм), довжину хвилі збудження та геометричні параметри Ag наночипа, що забезпечує збільшення фактора ППФ приблизно у 120 разів порівняно з базовою конфігурацією (з максимальними значеннями ФПФ до ~1000). Експериментально доведено, що оптимальне співвідношення компонентів нанокомпозиту ПВП-пірен-Ag НЧ становить 1:1:1 на скляній підкладці (яка є на 29–52% ефективнішою за паперовий носій). Розроблені чутливі елементи забезпечили межу виявлення нітроароматичних сполук (4-НФ, 4-НТ, 1,4-ДНБ) на рівні 10–9 - 10–16 М у рідкому середовищі та гасіння флюоресценції від ~1 мг 4-НФ у газовій фазі. Встановлено, що інтеграція МІП підсилює гасіння ППФ до 2 разів завдяки селективному захопленню молекул цільових аналітів порами МІП. Основні наукові та практичні результати роботи: 1. Розроблено одностадійний метод фотоініційованого синтезу стабільних зародкових Ag НЧ з термочутливим покриттям pNIPAM із використанням тіолвмісного ініфертера (через механізми RAFT-полімеризації). 2. Теоретично та експериментально обґрунтовано оптимальні геометричні та спектральні параметри плазмонних наночипів на основі Ag НС для досягнення максимального фактора підсилення флюоресценції (до ~1000 разів при оптимізації довжини хвилі збудження та товщини діелектричного спейсера ~15 нм). 3. Створено високочутливі та селективні тонкоплівкові чутливі елементи на основі нанокомпозитів ПВП-пірен-Ag НЧ та МІП для оптичного детектування нітроароматичних вибухонебезпечних та токсичних речовин із ультранизькою межею виявлення (10–9 -10–16 М).

Registration Date

2026-08-27

popup.nrat_date

2026-08-27 / 2026-10-22