Desarrollo de sensores de contaminantes ambientales basados en LPGs recubiertas con nanopartículas de plata

MINEO, MARCOS; ARCE, VALERIA B.; VILLA PÉREZ, CRISTIAN; RUSSO, NÉLIDA A.; ALUSTIZA, DIEGO H.

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Congreso; 106 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2021

La Resonancia Plasm´onica de Superficie (SPR) es un fen´omeno que se puede observar en materiales nanopart´ıculados de metales nobles como el oro y la plata. La energ´ıa de la banda plasm´onica depende de la geometr´ıa y deltama?no de las nanopart´ıculas, por lo que es de gran inter´es desarrollar nanomateriales con diferentes caracter´ısticasmorfol´ogicas. La SPR puede ser aprovechada en diferentes aplicaciones, entre las que destaca el sensado de sustancias mediante el recubrimiento de redes de per´ıodo largo grabadas sobre fibra ´optica (LPGs) con nanopart´ıculas(NPs) met´alicas. Las LPGs son dispositivos ´opticos usados para sensar diferentes magnitudes f´ısicas y qu´ımicas,y su respuesta espectral es altamente dependiente del medio que las rodea. En este proyecto de investigaci´on, sebusca por un lado la generaci´on y caracterizaci´on de nanopart´ıculas de plata a ser utilizadas en recubrimientossensibilizantes y, por otro lado, la fabricaci´on de dispositivos LPG sobre fibra ´optica fotosensible, que en conjuntopermitan la creaci´on de sensores de diferentes contaminantes ambientales.Se sintetizaron nanopart´ıculas de plata con banda de resonancia plasm´onica cercana a los 800 nm. El procedimiento de s´ıntesis consisti´o en dos etapas, en la primera de las cuales se formaron semillas que posteriormentefueron sometidas a crecimiento controlado. La formaci´on de las semillas se logra a partir de la reacci´on de unprecursor de iones de plata, un agente reductor y sustancias que den soporte y estabilidad. El crecimiento de laspart´ıculas se hizo a partir de las semillas previamente obtenidas y del agregado de iones de plata y un agentereductor. Para finalizar la superficie de las NPs fue estabilizada con citrato s´odico. Mediante el control de la cantidad de semillas utilizada en la segunda etapa se obtuvieron nanopart´ıculas con la resonancia plasm´onica centradaen la longitud de onda de inter´es. Las nanopart´ıculas obtenidas han sido caracterizadas mediante diversas t´ecnicascomo espectroscop´ıa UV-Vis y microscop´ıa TEM.La generaci´on de LPGs se realiz´o mediante un mecanismo de grabado basado en la irradiaci´on con un hazUV de una fibra ´optica fotosensible a trav´es de una m´ascara de amplitud, lo que gener´o un patr´on de franjassobre el n´ucleo de la fibra dopado con Ge, que modul´o el ´ındice de refracci´on del mismo. Dicha modulaci´on esla responsable de acoplar el modo luminoso del n´ucleo a modos de alto orden propagados por el cladding en lamisma direcci´on, lo que produce en la transmisi´on de la red una serie de bandas de atenuaci´on en las longitudes deonda correspondientes a dichos acoplamientos. Para el grabado de las LPG se emple´o como fuente de iluminaci´onla cuarta arm´onica (266 nm) de un l´aser pulsado de Nd-YAG. La caracterizaci´on de las redes se realiz´o durantela fabricaci´on, iluminando con una fuente SLED centrada en 800 nm y observando su respuesta en transmisi´oncon un OSA. Las LPG obtenidas presentaron dos bandas de atenuaci´on ubicadas en 781.13 nm y en 813.81 nm,con m´ınimos de transmitancia de -9.16 dB y -15.06 dB. Cada una de estas bandas de atenuaci´on correspondeal acoplamiento de la luz guiada por el n´ucleo de la fibra, hacia un modo diferente del cladding. El dispositivologrado se comporta como un filtro ´optico con bandas de atenuaci´on cuya posici´on (inicialmente determinada porla periodicidad del patr´on de irradiaci´on UV usado para el grabado) ser´a modificada en correspondencia con lapresencia de determinados productos contaminantes presentes en agua.En una etapa posterior, las NPs ser´an ensambladas al dispositivo LPG mediante el uso de poliuretano comosoporte para las nanopart´ıculas, y despu´es, se proceder´a a evaluar la factibilidad de uso de este sistema comosensor de diferentes contaminantes en fase acuosa.