Effect of size distribution, skewness and roughness on the optical properties of colloidal plasmonic nanoparticles - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects Année : 2022

Effect of size distribution, skewness and roughness on the optical properties of colloidal plasmonic nanoparticles

Effet de la distribution granulométrique, de l'asymétrie et de la rugosité sur les propriétés optiques des nanoparticules plasmoniques colloïdales

Sammy W Verbruggen
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1110472

Résumé

It is a generally accepted idea that the particle size distribution strongly affects the optical spectra of colloidal plasmonic nanoparticles. It is often quoted as one of the main reasons while explaining the mismatch between the theoretical and experimental optical spectra of such nanoparticles. In this work, these aspects are critically analyzed by means of a bottom up statistical approach that considers variables such as mean, standard deviation and skewness of the nanoparticle size distribution independently from one another. By assuming normal and log-normal distributions of the particle size, the effect of the statistical parameters on the Mie analytical optical spectra of colloidal nanoparticles was studied. The effect of morphology was also studied numerically in order to understand to what extent it can play a role. It is our finding that the particle polydispersity, skewness and surface morphology in fact only weakly impact the optical spectra. While, the selection of suitable optical constants with regard to the crystallinity of the nanoparticles is a far more influential factor for correctly predicting both the plasmon band position and the plasmon bandwidth in theoretical simulations of the optical spectra. It is shown that the mean particle size can be correctly estimated directly from the plasmon band position, as it is the mean that determines the resonance wavelength. The standard deviation can on the other hand be estimated from the intensity distribution data obtained from dynamic light scattering experiments. The results reported herein clear the ambiguity around particle size distribution and optical response of colloidal plasmonic nanoparticles.
Il est généralement admis que la distribution granulométrique affecte fortement les spectres optiques des nanoparticules plasmoniques colloïdales. Elle est souvent citée comme l'une des principales raisons expliquant le décalage entre les spectres optiques théoriques et expérimentaux de telles nanoparticules. Dans ce travail, ces aspects sont analysés de manière critique au moyen d'une approche statistique ascendante qui considère des variables telles que la moyenne, l'écart type et l'asymétrie de la distribution granulométrique des nanoparticules indépendamment les unes des autres. En supposant des distributions normales et log-normales de la taille des particules, l'effet des paramètres statistiques sur les spectres optiques analytiques de Mie des nanoparticules colloïdales a été étudié. L'effet de la morphologie a également été étudié numériquement afin de comprendre dans quelle mesure il peut jouer un rôle. Nous avons constaté que la polydispersité, l'asymétrie et la morphologie de surface des particules n'ont en fait qu'un faible impact sur les spectres optiques. Alors que la sélection de constantes optiques appropriées en ce qui concerne la cristallinité des nanoparticules est un facteur beaucoup plus influent pour prédire correctement à la fois la position de la bande plasmon et la bande passante plasmon dans les simulations théoriques des spectres optiques. Il est montré que la taille moyenne des particules peut être correctement estimée directement à partir de la position de la bande plasmon, car c'est la moyenne qui détermine la longueur d'onde de résonance. L'écart type peut d'autre part être estimé à partir des données de distribution d'intensité obtenues à partir d'expériences de diffusion dynamique de la lumière. Les résultats rapportés ici clarifient l'ambiguïté autour de la distribution granulométrique et de la réponse optique des nanoparticules plasmoniques colloïdales.
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Dates et versions

hal-03566933 , version 1 (11-02-2022)

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Citer

Rituraj Borah, Sammy W Verbruggen. Effect of size distribution, skewness and roughness on the optical properties of colloidal plasmonic nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2022, 640, pp.128521. ⟨10.1016/j.colsurfa.2022.128521⟩. ⟨hal-03566933⟩
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