Екологічно чистий метод одержання та оптичні параметри Ag-хітин-хітозан нанокомпозитів

Abstract

В результаті проведеного дослідження одержано якісні плівки хітин-хітозанового сополімеру з наночастинками срібла у широкому концент-раційному інтервалі 9 – 80% Ag-НЧ - нанокомпозити. Одержання Ag-НЧ проводили хімічним відновленням безпосередньо у попередньо пригото-вленому розчині хітозану аскорбіновою кислотою. За результатами дослі-джень методами РФА та ІЧ-спектроскопії, встановлено утворення хітин-хітозанового сополімеру, що виступає полімерною матрицею для Ag-НЧ. Методом РФА підтверджено повноту відновлення срібла та утворення Ag-НЧ з різними розмірами. За результатами аналізу мікроструктурних досліджень (СЕМ) вивчено морфологію та розподіл Ag-НЧ у полімерній матриці. Встановлено, що утворені металічні наночастинки є сферичної форми, розмір яких зростає при збільшені концентрації іонів Ag+ у вихід-ному розчині. Зміна розмірів Ag-НЧ підтверджується також зміною шири-ни дифракційних піків, що відповідають частинкам срібла. Усі плівки ха-рактеризуються рівномірним розподілом Ag-НЧ у полімерній матриці. Визначено, що середній розмір Ag-НЧ зростає від 55 нм (9 %) до 143 нм (80% %), а на концентраційній залежності середнього розміру кристалітів спостерігається монотонне нелінійне зростання розмірів частинок. Це пов’язано з різною схильністю до агрегації з ростом концентрації срібла та зумовлене зменшенням відстаней між частинками Ag в полімерній мат-риці. Оптичні властивості плівок досліджено з використання спектральної еліпсометрії, спектроскопії дифузного відбиття та Uv-Vis спектроскопії поглинання. Спостерігається зростання значень показника заломлення та коефіцієнта екстинкції зі збільшенням вмісту срібла в полімері, а дисперсія показника заломлення та коефіцієнта екстинкції плівок характеризується наявністю незначного максимуму в спектральній області 500-700 нм. За спектрами дифузного відбиття встановлено наявність локального плаз-монного резонансу, а положення максимуму на спектрах зразків наноко-мпозитів зміщується в більш довгохвильову область від 498 до 733 нм із збільшенням концентрації Ag0. Також виявлено утворення додаткової об-ласті слабкого відбиття близько 370 нм ‒ квадрупольного плазмонного резонансу. Енергії значень оптичних переходів досліджуваних наноком-позитних зразків визначали за допомогою функції Кубелки-Мунка та гра-фічної залежності Тауца, яка базується на дослідженні поглинання та пе-реходу електронів і може бути використана для визначення енергії оптич-них переходів. У результаті отримано значення енергії оптичних перехо-дів локального (Eg1) та квадрупольного (Eg2) плазмонних резонансів . Одержані спектри оптичного поглинання композитів характеризують-ся типовим максимумом поглинання в області 458-525 нм. Встановлено зростання площі піку зі збільшенням діаметру наносфер аргентуму від 55 до 143 нм. Встановлено, що у області низьких концентрацій Ag (9-22 %) відбувається зміщення максимуму поглинання у низькоенергетичну об-ласть, а у концентрованих розчинах (34-80 %) максимум поглинання змі-щується у високоенергетичну область. Така поведінка нанокомпозитів пов’язана зі зміною розмірів Ag-НЧ та утворенням більш складних нанос-труктурних агрегатів у висококонцентрованих зразках. Використовуючи метод Тауца здійснено розрахунок енергій оптичних переходів Ag-НЧ у отриманих плівках. Встановлено, що значення енергій оптичних перехо-дів, які відповідають локальному та квадрупольному поверхневим плаз-монним резонансам, в процесі зростання середнього розміру наночастин-ки від 55 до 143 нм характеризуються тенденцією до монотонного зрос-тання. При порівнянні результатів отриманих за спектрами дифузного відбит-тя та спектрами поглинання, встановлено, близькість отриманих резуль-татів. Отже є можливим використання спектроскопії дифузного відбиття при оцінці оптичних характеритсик нанокомпозитів. Більш детальні і то-чніші результати отримані спектроскопією оптичного поглинання яке вимагає ретельнішої пробопідготовки для аналізу.