Plasmonic Interactions at Close Proximity in Chiral Geometries: Route toward Broadband Chiroptical Response and Giant Enantiomeric Sensitivity

Chiral metamaterials can have diverse technological applications, such as engineering strongly twisted local electromagnetic fields for sensitive detection of chiral molecules, negative indices of refraction, broadband circular polarization devices, and many more. These are commonly achieved by arranging a group of noble-metal nanoparticles in a chiral geometry, which, for example, can be a helix, whose chiroptical response originates in the dynamic electromagnetic interactions between the localized plasmon modes of the individual nanoparticles. A key question relevant to the chiroptical response of such materials is the role of plasmon interactions as the constituent particles are brought closer, which is investigated in this paper through theoretical and experimental studies. The results of our theoretical analysis, when the particles are brought in close proximity are dramatic, showing a large red shift and enhancement of the spectral width and a near-exponential rise in the strength of the chiroptical response. These predictions were further confirmed with experimental studies of gold and silver nanoparticles arranged on a helical template, where the role of particle separation could be investigated in a systematic manner. The ``optical chirality'' of the electromagnetic fields in the vicinity of the nanoparticles was estimated to be orders of magnitude larger than what could be achieved in all other nanoplasmonic geometries considered so far, implying the suitability of the experimental system for sensitive detection of chiral molecules.

Using an Office Inkjet Printer to Define the Formation of Copper Films on Paper

A low-cost fabrication process for forming conductive copper lines on paper is presented. An office inkjet printer was used to deposit desired patterns of silver nitrate and tannic acid solutions sequentially on paper. Silver nitrate was instantaneously reduced in situ on paper by tannic acid at room temperature to form silver nanoparticles, which acted as catalysts for the subsequent electroless deposition of copper. The copper films were 1.8 mu m thick, and the sheet resistance of the copper film on paper was 9 Omega/square. A dual monopole ultrawide band antenna was fabricated on paper and its performance was equivalent to that of a similar antenna fabricated on a copper-film covered Kapton substrate using conventional lithographic processes. The paper-based conductive copper films fabricated using the facile process presented herein will aid the development of low-cost flexible circuits and sensors.

Tuning of the electro-mechanical behavior of the cellular carbon nanotube structures with nanoparticle dispersions

The mechanical and electrical characteristics of cellular network of the carbon nanotubes (CNT) impregnated with metallic and nonmetallic nanoparticles were examined simultaneously by employing the nanoindentation technique. Experimental results show that the nanoparticle dispersion not only enhances the mechanical strength of the cellular CNT by two orders of magnitude but also imparts variable nonlinear electrical characteristics; the latter depends on the contact resistance between nanoparticles and CNT, which is shown to depend on the applied load while indentation. Impregnation with silver nanoparticles enhances the electrical conductance, the dispersion with copper oxide and zinc oxide nanoparticles reduces the conductance of CNT network. In all cases, a power law behavior with suppression in the differential conductivity at zero bias was noted, indicating electron tunneling through the channels formed at the CNT-nanoparticle interfaces. These results open avenues for designing cellular CNT foams with desired electro-mechanical properties and coupling. (C) 2014 AIP Publishing LLC.

Biogenic nanosilver incorporated reverse osmosis membrane for antibacterial and antifungal activities against selected pathogenic strains: An enhanced eco-friendly water disinfection approach

Reverse osmosis (RO) membranes have been used extensively in water desalination plants, waste water treatment in industries, agricultural farms and drinking water production applications. The objective of this work is to impart antibacterial and antifungal activities to commercially available RO membrane used in water purification systems by incorporating biogenic silver nanoparticles (AgNPs) synthesized using Rosa indica wichuriana hybrid leaf extract. The morphology and surface topography of uncoated and AgNPs-coated RO membrane were studied using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). Elemental composition of the AgNPs-coated RO membrane was analyzed by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDAX). The functional groups were identified by Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR). Hydrophilicity of the uncoated and AgNPs-coated RO membrane was analyzed using water contact angle measurements. The thermal properties were studied by thermogravimetric analysis (TGA). The AgNPs incorporated RO membrane exhibited good antibacterial and antifungal activities against pathogenic bacterial strains such as E. coli, S. aureus, M. luteus, K. pneumoniae, and P. aeruginosa and fungal strains such as Candida tropicalis, C. krusei, C. glabrata, and C. albicans.

Designer porous antibacterial membranes derived from thermally induced phase separation of PS/PVME blends decorated with an electrospun nanofiber scaffold

We report the development of porous membranes by thermally induced phase separation of a PS/PVME (polystyrene/polyvinylmethyl ether]) blend, which is a typical LCST mixture. The morphology of the membrane after etching out the PVME phase was characterized by scanning electron microscopy. To give the membrane an antibacterial surface, polystyrene (PS) and polyvinyl(methyl ether)]-alt-maleic anhydride (PVME-MAH) with silver nanoparticles (nAg) were electrospun on the membrane surface. Pure water flux was evaluated by using a cross-flow membrane setup. The microgrooved fibers changed the flux across the membrane depending on the surface properties. The antibacterial properties of the membrane were confirmed by the reduction in the colony count of E. coli. The SEM images show the disruption of the bacterial cell membrane and the antibacterial mechanism was discussed.

Green Nanosilver as Reinforcing Eco-Friendly Additive to Epoxy Coating for Augmented Anticorrosive and Antimicrobial Behavior

Epoxy resin GY250 representing diglycidyl ethers of bisphenol-A (DGEBA) was reinforced with 1, 3 and 5 wt % of surface functionalized silver nanoparticles (F-AgNPs) which were synthesized using Couroupita guianensis leaves extract with a view of augmenting the corrosion control property of the epoxy resin and also imparting antimicrobial activity to epoxy coatings on mild steel. Corrosion resistance of the coatings was evaluated by EIS, potentiodynamic polarization studies and cross scratch tests. AFM, SEM, HRTEM and EDX were utilized to investigate the surface topography, morphology and elemental composition of the coatings on MS specimens. Results showed that the corrosion resistance, hardness and T-g of the DGEBA/F-AgNPs coatings increased at 1 wt % of F-AgNPs. The DGEBA/F-AgNPs coatings also offered manifold antimicrobial protection to the MS surfaces by inhibiting the growth of biofilm forming bacteria like P. aeruginosa, B. subtilis, the most common human pathogen E. coli and the most virulent human pathogenic yeast C. albicans.

Surface-enhanced Raman scattering substrate fabricated by femtosecond laser direct writing

We report the fabrication of a novel surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate with a controllable enhancement factor (EF) using femtosecond laser direct writing on Ag+-doped phosphate glass followed by chemical plating at similar to 40 degrees C. Silver seeds were first photoreduced using a femtosecond laser in a laser-irradiated area and then transformed into silver nanoparticles of suitable size for SERS application in the subsequent chemical plating. Rhodamine 6G was used as a probing molecule to investigate the enhancement effect of a Raman signal on the substrate. Nearly homogenous enhancement of the Raman signal over the Substrate was achieved, and the EF of the substrate was controlled to some extent by adjusting fabrication parameters. Moreover, the ability of forming a SERS platform in an embedded microfluidic chamber would be of great use for establishing a compact lab-on-a-chip device based on Raman analysis.

Single-molecule detection in a liquid by surface-enhanced resonance Raman scattering

Surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) of Rhodamine 6G (R6G) adsorbed on colloidal silver clusters in a liquid has been studied. The first observation of single molecule resonance Raman scattering in a liquid in a probed volume of 10 pL was achieved. Anisotropy of SERRS spectra of single R6G molecule and huge SERRS spectra were observed and compared with that of single molecule fixed in the dried films of sols, which revealed the intricate complex interaction between R6G molecules and the environment in a liquid.

Surface-enhanced resonance Raman scattering spectroscopy of single R6G molecules

Surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) of Rhodamine 6G (R6G) adsorbed on colloidal silver clusters has been studied. Based on the great enhancement of the Raman signal and the quench of the fluorescence, the SERRS spectra of R6G were recorded for the samples of dye colloidal solution with different concentrations. Spectral inhomogeneity behaviours from single molecules in the dried sample films were observed with complementary evidences, such as spectral polarization, spectral diffusion, intensity fluctuation of vibrational lines and even "breathing" of the molecules. Sequential spectra observed from a liquid sample with an average of 0.3 dye molecules in the probed volume exhibited the expected Poisson distribution for actually measuring 0, 1 or 2 molecules. Difference between the SERRS spectra of R6G excited by linearly and circularly polarized light were experimentally measured.

Materiais compósitos biocidas baseados em resinas reticuladas contendo nanopartículas de prata

Nesta dissertação, duas resinas reticuladas comerciais (denominadas, AmberliteGT73 e AmberliteIRC748) foram empregadas para suportar partículas de prata. Os grupos tiol da GT73 e ácido iminodiacético da IRC748 presentes nessas resinas foram empregados para a fixação de íons Ag+ a partir de solução aquosa. Posteriormente, os íons Ag+ foram reduzidos pelo emprego de três redutores diferentes em pH alcalino, denominados hidrazina, hidroxilamina e formaldeído (pH  12). A morfologia e a impregnação de prata dos materiais binários assim obtidos foram avaliadas por meio de microscópio eletrônico de varredura equipado com detector de elétrons retro-espalhados (SEM-BSE). O detector de espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDAX) acoplado ao SEM permitiu a observação de partículas de prata. Os espectros de raios-X revelaram a presença do metal nas superfícies interna e externa das microesferas dos compósitos. A quantidade de prata incorporada foi determinada pelo método titulométrico, empregando solução padrão de tiocianato de potássio. As características antibactericidas dos compósitos foram avaliadas em colunas contendo pérolas de resina por onde foram percoladas suspensões da bactéria Escherichia coli auxotrópica AB1157 (tipo selvagem) nas concentrações de 103 a 107 células/mL. A avaliação biocida mostrou que estes materiais foram completamente bactericidas, sendo efetivos na eliminação da bactéria em poucos minutos. Esta ação biocida foi atribuída à combinação da atuação da prata e dos grupos funcionais das resinas

Preparação e avaliação biocida de compósitos à base de resinas reticuladas contendo nanopartículas de prata

Neste trabalho, foram utilizadas três resinas reticuladas comerciais de troca iônica e caráter ácido à base de estireno e divinilbenzeno: AmberliteGT73 da Rohm and Haas Co. com grupo tiol, Lewatit VPOC1800 da Bayer Co. com grupo sulfônico e Amberlyst 15WET da Rohm and Haas Co. também com grupo sulfônico. As citadas resinas comerciais foram escolhidas por apresentarem grande capacidade de troca iônica, estabilidade e grupos funcionais de interesse para a introdução de íons Ag+. As resinas foram tratadas com ácido clorídrico para garantir as formas ácidas de seus grupos funcionais e em seguida a redução dos íons Ag+, provenientes de solução de nitrato de prata, foi realizada in situ pela hidroxilamina em presença de solução protetora de colóide composta por 2-hidróxi-etil-celulose e gelatina 1:1. Alguns parâmetros foram modificados durante a redução dos íons Ag+ a Ag0, como por exemplo, o tempo de adição da solução redutora de hidroxilamina, a solução utilizada para controle do pH, e condições do repouso após o controle do pH. Após a incorporação das nanopartículas de prata, tanto as resinas comerciais quanto o produto final foram caracterizados por titulometria, fluorescência de raios-x, análise termogravimétrica, análise elementar, grau de inchamento, difração de raios-x, microscopias ótica e eletrônica. A avaliação da atividade biocida foi realizada através do método da contagem em placas utilizando-se uma cepa de Escherichia Coli ATCC25922TM em concentrações de 103 a 107 células/mL. Todos os compósitos obtidos mostraram atividade bactericida significante, sendo que foi possível perceber que a ação bactericida dos compósitos está relacionada com a presença de prata na forma metálica e a características como tamanho, formato e dispersão das partículas na matriz polimérica. Para efeito de comparação, foram realizados ensaios bactericidas com os copolímeros de partida e assim foi comprovado que a ação bactericida pôde ser atribuída somente às nanopartículas de prata

Síntese, caracterização e avaliação de materiais poliméricos com propriedades bactericidas

Nesta dissertação, foram preparados materiais poliméricos com atividade bactericida a partir de copolímeros de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) e de celulose bacteriana. Três copolímeros à base de Sty e DVB foram sintetizados através da técnica de polimerização em suspensão aquosa. Os copolímeros foram preparados com diferentes estruturas porosas, por meio da variação da composição do sistema diluente. Um copolímero comercial macrorreticulado, Amberlite XAD4, de elevada área superficial, também foi usado neste estudo com o objetivo de comparar sua estrutura polimérica e seu desempenho com o dos copolímeros sintetizados. Os copolímeros de Sty-DVB foram caracterizados por meio da densidade aparente, área específica, diâmetro médio de poros, volume de poros, microscopias ótica e eletrônica de varredura, grau de inchamento, espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica e análise elementar. Os copolímeros de Sty-DVB foram modificados quimicamente através da reação de nitração, seguida da reação de redução do grupo nitro a amino e posterior reação de diazotação e hidrólise do grupo sal de diazônio. Os copolímeros modificados contendo os grupos NH2 e OH foram utilizados como suporte para a ancoragem das nanopartículas de prata. As partículas de prata foram obtidas pela redução dos íons Ag+ empregando-se cloridrato de hidroxilamina como redutor e PVP como protetor de colóide. O teor de prata impregnada foi determinado pelo método volumétrico. A celulose bacteriana (BC) foi empregada como uma matriz para impregnação de nanopartículas de prata. Membranas de BC foram impregnadas com solução aquosa de AgNO3, a seguir foi realizada a redução dos íons Ag+ com três diferentes agentes redutores (hidrazina, hidroxilamina e ácido ascórbico) empregando ou não protetor de colóide (PVP ou gelatina). As membranas de BC/Ag0 obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A capacidade bactericida dos copolímeros de Sty-DVB, dos copolímeros funcionalizados e impregnados com prata e das membranas de BC/Ag0 foi avaliada através do método da contagem em placa contra suspensões de Escherichia coli, em diferentes concentrações (103 a 107 células/mL). Foi observado que os copolímeros de origem e os copolímeros modificados contendo os grupos NO2 e NH2 não apresentaram atividade bactericida contra suspensões de E. coli em nenhuma concentração. Por outro lado, os copolímeros modificados contendo o grupo OH apresentaram alguma atividade bactericida, embora abaixo do esperado devido à baixa incorporação de hidroxilas fenólicas. Os copolímeros modificados impregnados com Ag apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados, o que comprova que a ação bactericida é devida às partículas de prata ancoradas nos copolímeros. Os copolímeros modificados contendo o grupo OH impregnados com Ag mesmo possuindo menores teores de prata apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados contendo o grupo NH2 impregnados com Ag. A maior ação bactericida pode ser atribuída à combinação da atividade bactericida das partículas de prata com a atividade dos grupos hidroxilas fenólicas mesmo que estes grupos estejam pouco incorporados nos copolímeros. Os compósitos de BC/Ag0 exibiram atividade bactericida contra E. coli que foi atribuída à ação das nanoparticulas de prata obtidas quando foi empregada a hidroxilamina como agente redutor e a gelatina como protetor de colóide

Avaliação de uma resina polimérica contendo nanopartículas de prata

Neste trabalho foi testada a eficiência antimicrobiana de um nanocompósito de prata preparado a partir da modificação da resina comercial Lewatit VPOC1800 (contendo grupos sulfônicos) para três espécies de bactérias (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e Escherichia coli.) cuja estrutura e composição das camadas externas da parede celular são distintas. Em termos da susceptibilidade aos biocidas essa diferença pode significar um fator importante de estudo. A avaliação da atividade biocida foi feita através de experimento que estimou a zona de inibição proporcionada pela atividade da resina sobre as bactérias estudadas. A resina mostrou eficiência biocida que aparentemente não é afetada pelas diferenças morfológicas das bactérias estudadas. Uma série de teste em batelada foi realizado com o intuito de se verificar a massa da resina e o tempo de contato ideal com a solução a ser descontaminada, chegando aos valores de 0,2g e 1minuto. As diferentes concentrações bacterianas utilizadas no estudo não influenciaram na atividade antimicrobiana da resina. Um estudo em coluna foi realizado para se averiguar o ponto de saturação do compósito, observando-se que a curva de ruptura da resina segue um tendência exponencial crescente igual a todas as espécies estudas, atingindo a saturação em aproximadamente 2250 mL

Síntese e caracterização de filmes de nanopartículas de prata dispersas em poli(uretano-ureia) para separação de gases petroquímicos

A utilização de novos materiais aplicados aos processos de separação por membranas tem sido objeto de constante pesquisa acadêmica e tecnológica. Na permeação de gases petroquímicos, a modificação de estruturas poliméricas e o uso de membranas de transporte facilitado por adição de sais contendo metais ou nanopartículas destacam-se dentre as opções disponíveis. Os objetivos deste trabalho foram avaliar alterações químicas, estruturais e térmicas na matriz polimérica de poli(uretano-ureia) (PUU) provocadas pela adição de nanopartículas de prata (AgNps) e obter dados de pemeabilidade de gases petroquímicos (C2H4, C2H6, CO2 e N2) para avaliar a influência das AgNps no transporte desses gases através do filme polimérico. Alterações nos espectros de FTIR nas bandas de estiramento das ligações C-O-C e C=O (uretânica e ureica), e deslocamentos nos picos de difração, demonstram que houve interação entre as AgNps e o oxigênio éter do PUU. A interação com as AgNps diminuiu a estabilidade térmica dos domínios flexíveis do polímero, região onde são encontrados os grupos éteres. As imagens de TEM mostraram que houve baixa dispersão das Nps na matriz polimérica. A interação das AgNps com o grupo éter diminuiu a permeabilidade de todos os gases, porém a redução da permeabilidade do CO2 e do C2H4 foi muito mais significativa, mostrando a interferência das AgNps na sorção desses dois gases. O transporte facilitado de olefinas através dos filmes poliméricos não foi observado, em parte, causado pela baixa dispersão das AgNps na matriz polimérica. Apesar da interação, não foi possível responder se a superfície das Nps estava ativada para o transporte facilitado. Contudo, através dos resultados do trabalho foi possível propor um mecanismo de interação entre as AgNps e o PUU, e verificar como a presença das Nps pode alterar a interação da matriz polimérica com gases petroquímicos

Fabrication of an organic field effect transistor using nano imprinting of Ag inks and semiconducting polymers

A simple and cheap procedure for flexible electronics fabrication was demonstrated by imprinting metallic nanoparticles (NPs) on flexible substrates. Silver NPs with an average diameter of 10 nm were prepared via an improved chemical approach and Ag Np ink was produced in α-terpineol with a concentration up to 15%. Silver micro/nanostructures with a dimension varying from nanometres to microns were produced on a flexible substrate (polyimide) by imprinting the as-prepared silver ink. The fine fluidic properties of an Ag NP/α-terpineol solution and low melting temperatures of silver nanoparticles render a low pressure and low temperature procedure, which is well suited for flexible electronics fabrication. The effects of sintering and mechanical bending on the conductivity of imprinted silver contacts were also investigated. Large area organic field effect transistors (OFET) on flexible substrates were fabricated using an imprinted silver electrode and semiconducting polymer. The OFET with silver electrodes imprinted from our prepared oleic acid stabilized Ag nanoparticle ink show an ideal ohmic contact; therefore, the OFET exhibit high performance (Ion/Ioff ratio: 1 × 103; mobility: 0.071 cm2 V-1 s-1). © 2010 IOP Publishing Ltd.