Hydrogen Treatment of a Plasmon Resonance Sensor

Abstract

Досліджено вплив водню на параметри датчика поверхневого плазмонного резонансу. Датчиком слугує скляна пластинка товщиною 1 мм з нанесеною на одну поверхню золотою плівкою. Для підвищення адгезії золотої плівки на скло було нанесено тонкий шар хрому між золотою плівкою і скляною пластинкою. Товщина шару хрому складала 5 нм. Товщина золотої плівки становила 50 нм. Воднева обробка була виконана за допомогою електролізу у 10 % водному розчині сірчаної кислоти (H2SO4). Поверхня золотої плівки слугувала катодом. Електроліз тривав 6 хв. При кімнатній температурі, завдяки електролізу, золота плівка була насичена воднем. Під час водневої обробки датчика підтримували постійні електричні струми. Була оброблена серія зразків різними струмами електролізу (50- 2 µА). Досліджено вплив щільності потоку протонів до поверхні золотої плівки на властивості датчика поверхневого плазмонного резонансу. З цією метою щільність протонного потоку під час обробки воднем змінювали з 8,86·1013 до 3,47·1012 1/(см2·с). Оптичні властивості оброблених і необроблених сенсорів були досліджені експериментально за допомогою спектрометра Plasmon-5. Воднева обробка змінила оптичні властивості датчика поверхневого плазмонного резонансу протягом часу після водневої обробки. Найбільші зміни відбувались протягом перших діб і поступово уповільнювались. Встановлено, що після водневої обробки крива поверхневого плазмонного резонансу змістилася у бік більших кутів відносно кривої, отриманої до обробки воднем. Установлено, що обробка більшими потоками протонів менш ефективно впливає на зміну оптичних властивостей датчика, ніж меншими.

The effect of hydrogen on a surface plasmon resonance sensor was studied. The sensor is a glass plate of 1 mm thickness with a gold film applied to one surface. To increase the adhesion of the gold film on the glass a thin chromium interlayer between the gold film and the glass plate was applied. Thickness of the chromium layer was 5 nm. The thickness of the gold film was 50 nm. Hydrogen treatment was performed by means of electrolysis in a 10 % water solution of sulfuric acid (H2SO4). The surface of the gold film served as the cathode. Electrolysis lasted for 6 min. At room temperature due to electrolysis, the gold film was saturated with water. During the hydrogen treatment of the sensor, constant electric currents were maintained. A series of samples were treated with different electrolysis currents (50-2 µA). The influence of the proton flux density to the surface of the gold film on the properties of the surface plasmon resonance sensor was studied. For this purpose, the proton flux density during hydrogen treatment was changed from 8.86·1013 to 3.47·1012 1/(cm2·s). Optical properties of treated and untreated sensors were studied experimentally by means of Plasmon-5 spectrometer. Hydrogen treatment changed the optical properties of the surface plasmon resonance sensor over time after hydrogen treatment. The biggest changes occurred during the first days, which gradually slowed down. It was established that after hydrogen treatment the surface plasmon resonance curve was shifted in the direction of larger angles in comparison with the case of an untreated sensor. It was also found that treatment with large fluxes of protons is less effective in changing the optical properties of the sensor than with smaller ones.