Ανάπτυξη αισθητήρων πλασμονίου οπτικών ινών γεωμετρίας U με την χρήση νανοσωματιδίων χρυσού (Doctoral thesis)

Σπασόπουλος, Δημοσθένης


In the context of this dissertation, we developed and studied a novel, fast and chemical/polymeric free LSPR-OFS manufacturing technique, which combines optical fibers in U geometry, gold nanoparticles and the use of pulsed laser radiation. This technique involves two steps: The first step is to modify the optical fiber in U geometry and then immobilize gold nanoparticles, by means of a dip coating of the fiber in the nanoparticle’s colloidal solution. The result of the first step is the creation of an LSPR-OFS, which is practically inoperable due to the extensive aggregation during the deposition process. Then, in the second step of the fabrication process, the sensor is irradiated by a pulsed laser, resulting in the dissociation of the aggregates, spectral narrowing of the LSPR extinction spectrum, and amplification of the plasmon peak. We call this novel technique "Tailoring Decorations by Laser Irradiation" (TDLI). The LSPR-OFS constructed using the TDLI technique were studied as Refractive Index (RI) sensors in sugar and alcohol solutions. During the optimization of the technique nanoparticle deposition and irradiation protocols were developed. Finally, a number of parameters were studied, such as nanoparticle size, deposition concentration, irradiation wavelength, and pulse duration. The results of these studies will help to further develop these sensors and lead to their widespread use outside the lab.
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Subject classification: Αισθητήρες οπτικών ινών
Keywords: Αισθητήρες οπτικών ινών,Εντοπισμένος επιφανιακός πλασμονικός συντονισμός,Νανοσωματίδια χρυσού,Ακτινοβολία λέιζερ,Optical fiber sensors,Localized surface plasmon resonance,Gold nanoparticles,Laser irradiation
URI: http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29256
Item type: doctoralThesis
Subject classification: Αισθητήρες οπτικών ινών
Submission Date: 2019-01-25T12:28:48Z
Item language: el
Item access scheme: free
Institution and School/Department of submitter: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Publication date: 2018
Bibliographic citation: Βιβλιογραφία: σ. 116-125
Abstract: Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύξαμε και μελετήσαμε μια πρωτότυπη, γρήγορη και χωρίς τη χρήση χημικών ή πολυμερών τεχνική κατασκευής LSPR-OFS, η οποία συνδυάζει οπτικές ίνες σε γεωμετρία U, νανοσωματίδια χρυσού και τη χρήση ακτινοβολίας παλμικών laser. Η τεχνική αυτή περιλαμβάνει δυο στάδια κατασκευής: Στο πρώτο στάδιο γίνεται η τροποποίηση της οπτικής ίνας σε γεωμετρία και ακολουθεί η ακινητοποίηση νανοσωματιδίων χρυσού πάνω της, με τη βοήθεια μιας τεχνικής εναπόθεσης μέσω εμβάπτισης (dip coating) της ίνας μέσα στο κολλοειδές διάλυμα των νανοσωματιδίων. Το αποτέλεσμα του πρώτου σταδίου είναι η δημιουργία ενός LSPR-OFS, που πρακτικά δεν είναι λειτουργικός, λόγω των εκτεταμένων συσσωματωμάτων που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της εναπόθεσης. Στη συνέχεια κατά το δεύτερο στάδιο της τεχνικής γίνεται ακτινοβόληση του αισθητήρα με τη βοήθεια παλμικών laser, που έχει σαν αποτέλεσμα το σπάσιμο των συσσωματωμάτων, το φασματικό στένεμα του LSPR φάσματος απωλειών και την ενίσχυση της πλασμονικής κορυφής. Ονομάσαμε την τεχνική που αναπτύξαμε ως «Διαμόρφωση σχηματισμών νανοσωματιδίων μέσω ακτινοβόλησης laser» (Tailoring Decorations by Laser Irradiation, TDLI). Οι LSPR-OFS που κατασκευάστηκαν με τη χρήση της TDLI τεχνικής μελετήθηκαν ως αισθητήρες μεταβολής του δείκτη διάθλασης (Refractive Index, RI) σε διαλύματα ζάχαρης και σε διαλύματα αλκοολών. Κατά τη διάρκεια βελτιστοποίησης της τεχνικής αναπτύχτηκαν πρωτόκολλα εναπόθεσης των νανοσωματιδίων πάνω στην ίνα και πρωτόκολλα ακτινοβόλησης των αισθητήρων. Τέλος μελετήθηκε μια σειρά παραμέτρων, όπως το μέγεθος των νανοσωματιδίων, η συγκέντρωση εναπόθεσης, το μήκος κύματος της ακτινοβολίας και η χρονική διάρκεια των παλμών. Τα αποτελέσματα των παραπάνω μελετών θα βοηθήσουν στην περαιτέρω ανάπτυξη αυτών των αισθητήρων και θα οδηγήσουν στην ευρεία χρήση τους και εκτός εργαστηριού.
In the context of this dissertation, we developed and studied a novel, fast and chemical/polymeric free LSPR-OFS manufacturing technique, which combines optical fibers in U geometry, gold nanoparticles and the use of pulsed laser radiation. This technique involves two steps: The first step is to modify the optical fiber in U geometry and then immobilize gold nanoparticles, by means of a dip coating of the fiber in the nanoparticle’s colloidal solution. The result of the first step is the creation of an LSPR-OFS, which is practically inoperable due to the extensive aggregation during the deposition process. Then, in the second step of the fabrication process, the sensor is irradiated by a pulsed laser, resulting in the dissociation of the aggregates, spectral narrowing of the LSPR extinction spectrum, and amplification of the plasmon peak. We call this novel technique "Tailoring Decorations by Laser Irradiation" (TDLI). The LSPR-OFS constructed using the TDLI technique were studied as Refractive Index (RI) sensors in sugar and alcohol solutions. During the optimization of the technique nanoparticle deposition and irradiation protocols were developed. Finally, a number of parameters were studied, such as nanoparticle size, deposition concentration, irradiation wavelength, and pulse duration. The results of these studies will help to further develop these sensors and lead to their widespread use outside the lab.
Advisor name: Οικιάδης, Αριστείδης
Examining committee: Οικιάδης, Αριστείδης
Κοσμίδης, Κωνσταντίνος
Κοέν, Σαμουήλ
Λοιδωρίκης, Ελευθέριος
Κουρής, Στυλιανός
Βάινος, Νικόλαος
Καζιάννης, Σπυρίδων
Publishing department/division: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Publishing institution: uoi
Number of pages: 125 σ.
Appears in Collections:Διδακτορικές Διατριβές

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Δ.Δ. ΣΠΑΣΟΠΟΥΛΟΣ ΔΗΜΟΣΘΕΝΗΣ 2018.pdf8.08 MBAdobe PDFView/Open



 Please use this identifier to cite or link to this item:
http://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/29256
  This item is a favorite for 0 people.

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.