ESTUDIO DE LA EVAPORACIÓN TÉRMICA DE NANOISLAS DE ORO SOBRE PELÍCULAS DE POLIESTIRENO PARA SU POSIBLE APLICACIÓN EN SENSADO DE VAPORES DE ACETONA POR EFECTO SERS

Abstract

En el presente proyecto de tesis se estudió un sistema bicapa (sustrato Si/Au/Ps) que consiste en nanoislas de oro (Au) depositadas sobre Silicio (Si) recubiertas con una película delgada de poliestireno (Ps), para la detección de vapores de acetona por medio de la Espectroscopía Raman Mejorada en la Superficie, (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS, por sus siglas en inglés). Las nanoislas fueron depositadas por evaporación térmica mediante un circuito RC, a una presión de 1x10-6 Torr y se recubrieron con una película delgada de Poliestireno disuelto en Tetrahidrofurano (THF) utilizando el método de recubrimiento por giro (spin coating) a una velocidad de giro de 1250 rpm durante 40 s. Para ello, se desarrollaron dos tipos de sustratos: 1) En el primer caso, a los sustratos de Si con Au depositado, se les realizó un tratamiento térmico de 350 °C y 550 °C por una hora con el objetivo de modificar su morfología; 2) para el segundo caso, se trabajó con los sustratos obtenidos después del depósito, es decir, sin ningún tratamiento térmico posterior. El efecto del tratamiento térmico se vio reflejado en el tamaño de las nanoislas depositadas, las cuales mostraron cambio en su morfología, aumentando su tamaño y la distancia de separación entre ellas; la distancia promedio de las nanoislas después del depósito por evaporación térmica fue de 6-10 nm aproximadamente, pasando a tener de 67 y 80 nm después de realizar el tratamiento térmico. Las capas descritas conformadas por nanoislas, fueron recubiertas con una capa de poliestireno como ya se había mencionado. La funcionalidad de este sustrato bicapa es que la capa de poliestireno permitirá absorber y retener vapores de acetona, mientras que las nanoislas de oro amplificará su señal Raman, es decir, promoverá el efecto SERS. La caracterización de los sustratos consistió en un análisis morfológico, evaluando el efecto de diferentes variables como la longitud de onda óptima del láser a utilizar y su potencia para inducir el efecto SERS, el volumen y concentración del analito, 11 así como también la morfología de las nanoislas, correlacionándolas con la respuesta SERS adquirida. Durante el desarrollo del proyecto, se estableció que la respuesta SERS del sustrato de Si/Au/Ps, está intrínsecamente relacionada con la concentración del analito y la morfología del sustrato. En este caso, se determinó que la amplificación de la señal SERS depende de dos parámetros: la distancia entre las nanoislas de oro y el espesor de la película de poliestireno. La respuesta SERS más eficiente se obtuvo con una distancia entre nanoislas de 6 a 10 nm y un espesor de la película de poliestireno de aproximadamente 45 nm. Estos parámetros permitieron la impregnación eficiente del analito en el sustrato, logrando identificar concentraciones de 2.4 ppm aproximadamente. El comportamiento del sistema bicapa para la detección de vapores de acetona desarrollado en este proyecto fue analizado en función de diferentes láseres de excitación, evaluando la respuesta del analito cuando aumenta o disminuye su potencia. En los resultados obtenidos se puede observar que el láser de 785 nm con una potencia de 25 mW indujo la resonancia del plasmón de las nanoestructuras metálicas y con ello la amplificación y detección del analito a bajas concentraciones (2.4 ppm aproximadamente)