Metallic Butterfly Wing Scales: Superstructures with High Surface-Enhancement Properties for Optical Applications

این کتاب روشی را برای تکثیر فلس های طبیعی بال پروانه با استفاده از انواع فلزات برای کاربردهای پیشرفته که نیاز به خواص افزایش سطح بالایی دارند، ارائه می دهد. در طول دهه گذشته، ساختارهای زیر میکرومتری سه بعدی (سه بعدی) توجه قابل توجهی را برای کاربردهای نوری به خود جلب کرده اند. اما آماده سازی این ساختارهای فلزی با طول زیر موج سه بعدی دشوار است. در مقابل، روبناهای سه بعدی فلس های بال پروانه، با بیش از 175000 مورفولوژی، به طور کارآمد توسط طبیعت مهندسی شده اند. ترازوهای بال پروانه طبیعی دارای ساختارهای زیر میکرومتری سه بعدی هستند که از نظر پیچیدگی ساختاری، تکرارپذیری و هزینه بر بسیاری از طرح های انسانی برتری دارند. چنین ثروت طبیعی یک مسیر شیمیایی همه کاره را از طریق تکثیر این ساختارها به فلزات کاربردی ارائه می دهد.

یک مسیر شیمیایی همه کاره می تواند برای تولید فلس های پروانه ای در هفت فلز مختلف استفاده شود. این ساختارهای سنتز شده دارای پتانسیل کاتالیزوری (Au، Pt، Pd)، حرارتی (Ag، Au، Cu)، الکتریکی (Au، Cu، Ag)، مغناطیسی (Co، Ni) و نوری (Au، Ag، Cu) هستند. برنامه های کاربردی. فلس های پروانه فعال پلاسمون، مس، نقره خواص بسیار خوبی در پراکندگی رامان (SERS) تقویت شده سطحی از خود نشان داده اند. مقیاس های طلا به عنوان بسترهای SERS ده برابر حساسیت تشخیص آنالیت دارند و یک دهم هزینه مشابه تجاری طراحی شده توسط انسان (Klarite^TM) است. مکانیسم‌های اولیه این پدیده‌های افزایش سطح نیز بررسی می‌شوند.

This book presents a method for replicating natural butterfly wing scales using a variety of metals for state-of-the-art applications requiring high surface-enhancement properties. During the past decade, three dimensional (3D) sub-micrometer structures have attracted considerable attention for optical applications. These 3D subwavelength metallic structures are, however, difficult to prepare. By contrast, the 3D superstructures of butterfly wing scales, with more than 175 000 morphologies, are efficiently engineered by nature. Natural butterfly wing scales feature 3D sub-micrometer structures that are superior to many human designs in terms of structural complexity, reproducibility, and cost. Such natural wealth offers a versatile chemical route via the replication of these structures into functional metals.

A single versatile chemical route can be used to produce butterfly scales in seven different metals. These synthesized structures have the potential for catalytic (Au, Pt, Pd), thermal (Ag, Au, Cu), electrical (Au, Cu, Ag), magnetic (Co, Ni), and optical (Au, Ag, Cu) applications. Plasmon-active Au, Cu, Ag butterfly scales have exhibited excellent properties in surface-enhanced Raman scattering (SERS). The Au scales as SERS substrates have ten times the analyte detection sensitivity and are one-tenth the cost of their human-designed commercial counterparts (Klarite^TM). Preliminary mechanisms of these surface-enhancement phenomena are also reviewed.