Advanced electron tomography to investigate the growth of homogeneous and heterogeneous nanoparticles

Datum: 2 oktober 2018

Locatie: Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Naomi Winckelmans

Promotor: Sara Bals

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Naomi Winckelmans - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Omdat de eigenschappen van nanodeeltjes sterk afhankelijk zijn van hun morfologie is het ontwerp van nanodeeltjes met een vooraf bepaalde vorm van groot belang. In het verleden werden deeltjes met specifieke morfologie gesynthetiseerd door trial and error. Tegenwoordig werken vele onderzoekers op een meer rationele manier, waarbij het cruciaal is om de fundamentele parameters die het groeimechanisme beïnvloeden te begrijpen en om de eindmorfologie van de nanodeeltjes te bepalen. In deze thesis wordt de groei van homogene en heterogene metallische nanodeeltjes bestudeerd door middel van verschillende 2D en 3D elektronenmicroscopietechnieken.

Het eerste deel van de thesis is toegewijd aan het onderzoeken van homogene Au nanodeeltjes. Hierbij was het essentieel een methode te ontwikkelen om tweelingsvlakken te visualiseren, wat niet mogelijk is met standaard elektronenmicroscopietechnieken. Verschillende technieken werden gevalideerd, maar multimode tomografie blijkt superieur en is daarom gebruikt om tweelingsvlakken in Au nanodeeltjes te bestuderen. Door de multimode techniek toe te passen op Au nanodeeltjes die gegroeid werden van Pd bevattende nuclei, waren we in staat hun groeimechanisme te bestuderen. In een tweede onderzoek wordt de groei van vertakte Au nanodeeltjes besproken. Deze nanodeeltjes zijn interessant door hun sterke plasmon resonanties, waardoor ze ideale substraten zijn voor oppervlakte versterkte Ramanspectroscopie. Op het einde van het eerste deel hebben we de eerste stappen gezet om de acquisitie van (multimode) tomografie te versnellen. Door het specimen continu te roteren en te focussen tijdens de acquisitie is de tijd gereduceerd met een factor tien. Bovendien zijn de eerste resultaten getoond die verworven werden met een nieuwe 4D detector die het mogelijk maakte om een dunne Ag laag omheen Au nanostaafjes te bestuderen.

In het tweede deel van de thesis werden heterogene nanodeeltjes gekarakteriseerd in 3D. Door middel van EDX tomografie en multimode tomografie hebben we het mogelijk gemaakt om Au/FeOx Janus nanodeeltjes te visualiseren. Een toename in optische absorptie werd waargenomen bij een verhoogde [Au]/[Fe] verhouding. Door het gebruik van elektronentomografie hebben we de optische eigenschappen in verband gebracht met de morfologie van de Janus deeltjes. Aangezien deze nanodeeltjes licht efficiënt omzetten in warmte zijn deze uitgebreid bestudeerd voor hun gebruik bij kanker bestrijding. In zulke toepassingen worden de Au deeltjes vaak verhit waarbij hun morfologie ongewenst kan veranderen. Om te onderzoeken of de Janus nanodeeltjes geschikt zijn voor zulke toepassingen hebben we met elektronentomografie onderzocht of opwarming de morfologie veranderd heeft. Het onderzoek van heterogene nanodeeltjes werd nog gecompliceerder wanneer deze verschillende componenten met dezelfde chemische elementen bevatten. Kern/schil ijzeroxide/ijzeroxide nanodeeltjes trekken grootse interesse bij medische diagnose en behandeling. Door het toepassen van geavanceerde spectroscopische technieken waren we in staat om de kern en de schil te visualiseren en de invloed van kleine modificaties tijdens de synthese (bv. post-synthetische opwarming) op de morfologie te onderzoeken 3D.



Link: https://www.uantwerpen.be/wetenschappen