Optical property of gold nanoparticles modified by plasma exposure and sputtering

プラズマ処理とスパッタリングにより改質した金ナノ粒子の光特性

川口 和弘; 佐成 巧*; 高廣 克己*; 山本 春也; 吉川 正人; 永田 晋二*

Kawaguchi, Kazuhiro; Sanari, Takumi*; Takahiro, Katsumi*; Yamamoto, Shunya; Yoshikawa, Masahito; Nagata, Shinji*

Auナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)により吸収される可視光の波長や強度は、Auナノ粒子周囲の雰囲気によって変化する。最近になって、Auナノ粒子のこの性質を利用して空気中の揮発性有機物を検知する材料の開発が行われている。しかし、大気中に置いたAuナノ粒子の表面には不純物が付着するため、観測されるLSPRによる吸収の波長や強度が、理想値とは異なってしまう。本研究では、プラズマ処理及び低エネルギーイオン照射を用いて、Auナノ粒子の形態に影響を与えずに表面不純物の除去を行う方法について検討した。Arプラズマ処理と0.4keVのArイオン照射を行うと、炭素系不純物に由来したX線光電子分光スペクトルのピーク強度が減少し、LSPRによる吸収波長が本来の値に近い短波長側へ変化した。またいずれの処理においても、走査型電子顕微鏡の観察像からはAuナノ粒子の平均粒径や形の変化は見られなかった。この結果より、Auナノ粒子の形態を変化させずに表面に付着した不純物を除去する方法としてプラズマ処理及び低エネルギーイオン照射が有効であることがわかった。

Optical extinction spectrum of gold nanoparticles (Au NPs) exhibits a strong peak due to the localized surface plasmon resonance (LSPR). The extinction peak by LSPR change in dependence on a medium surrounding Au NPs. Recently, new sensing materials have been developed for organic gas sensors using LSPR. The extinction peak by LSPR, however, often differs from the ideal values because of impurities adhered on Au NPs surface in air. In this study, plasma and ion sputtering treatments have been employed to eliminate impurities on the Au NPs surfaces. As the result, it was found that carbonaceous impurities decrease significantly from X-ray photoelectron spectroscopy and the wavelength of the LSPR extinction peak close to ideal value. In addition, the observation by scanning electron microscopy was indicated no significant change in the morphology of Au NPs after the treatments. We concluded plasma and ion sputtering treatments were effective methods to obtain Au NPs with clean surfaces.