線状収縮挙動を持つ熱応答性マイクロゲルと金ナノロッドを用いた赤外線薄膜検出器

Infrared Thin Film Detectors Based on Thermo-Responsive Microgels with Linear Shrinkage Behavior and Gold Nanorods.

• Pan Gu
• Ji-Ping Wang
• Peter Muller-Buschbaum
• Dongming Qi
• Qi Zhong

抄録

既存の赤外線検出器の欠点を克服するために、マイクロゲルと金ナノロッド(Au NR)をベースにした赤外線薄膜検出器を研究している。流体力学的直径（Ｄ）が１０〜５５℃の間で直線的に収縮するマイクロゲルを、ジ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート（ＭＥＯＭＡ）、オリゴ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート（ＯＥＧＭＡ）、アクリル酸（ＡＡ）のモノマーをモル比１：１：１：１で共重合させたものである。シリコン基板上に水溶液をスピンコートして均質な薄膜を得る。水蒸気雰囲気中で加熱すると、ハイブリッド薄膜の膜厚は直線的に減少する。また、プラズモン共鳴を利用したAu NRの赤外線吸収による発熱により、マイクロゲルとAu NRのハイブリッド膜も同様に線状に収縮することがわかった。膜厚と印加された赤外電力密度との間には直線的な相関が観察された。また、膜中のAu NRの量をわずかに増加させることで感度が向上することがわかった。ハイブリッドマイクロゲル-Au NR膜の両端に2枚の銀層を蒸着し、2つの電極を追加することで、赤外線検出器を作製した。オーミック抵抗をモニターすることで、入射する赤外光の強度を得ることができます。この検出器は、良好な可逆性と高速応答性を有しているだけでなく、抵抗測定後の安定性にも優れています。従来の赤外線検出器と比較して、マイクロゲルを用いた赤外線薄膜検出器は感度調整が可能である。したがって、日常生活で使用されている高価な無機赤外線検出器の代替品として有望な候補となります。

To overcome the drawbacks of existing infrared detectors, infrared thin film detectors based on microgels and gold nanorods (Au NRs) are investigated. The microgels with a linear shrinkage of the hydrodynamic diameter (D) between 10 and 55 C are copolymerized by monomers di(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (MEOMA), oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) and acrylic acid (AA) with a molar ratio of 1:1:1. Homogenous thin films are obtained by spin coating from aqueous solution on silicon substrates. Upon heating in water vapor atmosphere, the film thickness of the hybrid films linearly decreases. Heat generation from a plasmon resonance enhanced absorption of the infrared radiation by the Au NRs triggers a linear shrinkage in the hybrid microgel-Au NR films as well. A linear correlation between the film thickness and the applied infrared power density is observed. The sensitivity is enhanced by slight increase in the amount of Au NRs in the films. Infrared detectors are constructed from the hybrid microgel-Au NR films by adding two electrodes via deposition of two silver layers at the film ends. By monitoring the ohmic resistance, the intensity of the incident infrared light can be obtained. The detectors not only possess a good reversibility and fast response rate, but also shows a high stability after the resistance measurements. Compared to the traditional infrared detectors, the infrared thin film detectors based on microgels are sensitivity adjustable. Thus, they can be promising candidates for replacing expensive inorganic infrared detectors in areas of daily life applications.