Deposizione di nanoparticelle metalliche sulla superficie dei diamanti idrogenati per analisi SERS

Abstract: Deposizione di nanoparticelle metalliche sulla superficie dei diamanti idrogenati per analisi SERS Relatore: Prof. Claudio Manfredotti Candidato: Georgeta Livia Dinca La tesi riguarda essenzialmente la caratterizzazione fisico-chimica di superfici di diamante idrogenate termicamente. Lo scopo è quello di capire le modalità di legame idrogeno superficiale : questa informazione è molto importante in quanto i vari tipi di funzionalizzazione superficiale del diamante (tipicamente artificiale ottenuto per CVD) utilizzano la selettività dell'idrogenazione stessa per definire la zona da funzionalizzare. Da misure ERDA si ricava che lo strato idrogenato è in pratica uno strato monoatomico, quindi evidenziare il legame C-H su una superficie di diamante diventa piuttosto difficile. A questo scopo si sono seguite due strade : ampliare al massimo la superficie utilizzando delle nanoparticelle di diamante di diametro sufficientemente piccolo ( nel caso specifico i valori medi del diametro erano 50 e 250 nm ), oppure utilizzare metodi in grado di evidenziare lo strato superficiale. A parte l'uso dell'ERDA, che non rappresenta un metodo chimico in quanto è basato sullo scattering Rutherford, l'unico metodo ci è sembrato fosse il SERS, ossia l'effetto RAMAN intensificato da effetti plasmonici. Il SERS è stato di fatto utilizzato anche per le polveri mediante la generazione di particelle colloidali di Au e Ag, senza grossi risultati in quanto la densità di queste particelle non è stata sufficiente. In alternativa si sono utilizzati films di metalli nobili di spessore nanometrico puntando sugli effetti di nanoaggregazione. Effettivamente, films di Ag di spessore 20 nm hanno fornito i risultati sperati, mettendo in evidenza, con un fattore di amplificazione SERS valutabile in qualche centinaio, una banda fononica nella zona tra 2600 e 3100 cm-1. La tesi si è sviluppata a partire dai processi di idrogenazione e di deuterazione, effettuati unicamente per via termica, passando attraverso la caratterizzazione elettrica degli strati ottenuti e la caratterizzazione ottica da misure UV-VIS per arrivare poi alle misure RAMAN e a quelle di assorbimento IR. La caratterizzazione non ha riguardato unicamente strati idrogenati, ma anche strati ossidati e strati idrogenati post-idrogenazione. Un capitolo a parte meritano le polveri di diamante, che sono state ampiamente caratterizzate con tecniche XRD, AFM, TEM, oltre che chiaramente i tentativi di deposizione di nanoparticelle colloidali di Au e Ag sulle polveri stesse. Altre caratterizzazioni che hanno messo in evidenza il ruolo dei vari legami C-H e C-O hanno riguardato l'uso di tecniche di fotoemissione (XPS). In conclusione, è stata condotta a termine una gran mole di lavoro che ha avuto l'occasione di essere presentata nelle sue varie parti ad alcune conferenze specifiche ( DIAMOND 2009 e 2010 ), si è creata una vasta e concreta esperienza su molte delle tecniche utilizzate in ambito chimico-fisico e la messa in evidenza del SERS su superfici di diamante idrogenato non potrà essere che l'inizio di una successiva indagine sui vari tipi di legame C-H superficiale, indagine accompagnata da simulazioni con il codice CRYSTAL in fase di completamento nell'ambito dello stesso gruppo di ricerca.