Rekonfigurowalne nanomateriały organiczno-nieorganiczne uzyskane z wykorzystaniem materiałów ciekłokrystalicznych - badania struktury, procesów samoorganizacji i właściwości chiroptycznych

Celem niniejszej pracy było zbadanie procesów samoorganizacji nanocząstek złota i ich oddziaływań w agregatach, ze szczególnym uwzględnieniem układów o chiralnej morfologii. Badania miały na celu opracowanie materiałów wykazujących się plazmonowymi właściwościami chiroptycznymi, które następnie były rozwijane w kierunku uniwersalności i rekonfigurowalności. Postawiona hipoteza zakładała, że tego typu materiały są możliwe do uzyskania poprzez kompozytowe układy nanocząstek złota w matrycach ciekłokrystalicznych. Przeprowadzone badania obejmowały syntezy nanocząstek złota o różnych geometriach, ze szczególnym uwzględnieniem nanoprętów złota, funkcjonalizacją ich powierzchni poprzez wymianę ligandów powierzchniowych oraz kierowaniem ich samoorganizacji. Główne osiągnięcia pracy skupiają się na rozwinięciu plazmonowych materiałów chiralnych. Optymalizacja składu kompozytów i analiza zależności między ich strukturą a właściwościami optycznymi pozwoliła uzyskać kontrolowaną odpowiedź chiralną o wysokich współczynnikach dyssymetrii. Zbadano zjawisko transferu i amplifikacji chiralności, co pozwoliło na precyzyjną kontrolę właściwości chiroptycznych materiałów. Ważnym aspektem badań była rekonfigurowalność kompozytów, uzyskana dzięki termotropowym właściwościom materiałów ciekłokrystalicznych. Uniwersalność opracowanych matryc ciekłokrystalicznych wykazano poprzez samoorganizację nanocząstek złota o różnych rozmiarach i kształtach, co rozszerzyło zakres potencjalnych aplikacji tych materiałów. Oprócz tego, przetestowano możliwość skalowania układów poprzez wytworzenie cienkich warstw o chiralnej odpowiedzi plazmonowej na powierzchniach o rozmiarach centymetrowych. Przeanalizowano także różne morfologie matryc ciekłokrystalicznych, takie jak helikalne nanofilamenty i ciemny konglomerat, co pozwoliło na dostrojenie ich właściwości. Dodatkowo, przeprowadzono pogłębioną analizę optycznych właściwości materiałów, wykorzystując polarymetrię macierzy Muellera, która pozwoliła na wyodrębnienie zjawisk kołowych i liniowych. Ostatecznie, uzyskano skalowalne, uniwersalne i rekonfigurowalne nanomateriały o wysokiej asymetrii optycznej, które otwierają nowe możliwości zastosowań w optoelektronice i fotonice. Podsumowując, badania dostarczyły nowych informacji o samoorganizacji nanocząstek plazmonowych oraz opracowały chiralne nanokompozyty o potencjalnych zastosowaniach w zaawansowanych technologiach optoelektronicznych i sensorowych.

The aim of this work was to investigate the self-organization processes of gold nanoparticles and their interactions in aggregates, with a particular focus on systems with chiral morphology. The research aimed to develop materials exhibiting plasmonic chiroptical properties, which were further advanced toward universality and reconfigurability. The hypothesis proposed that such materials could be obtained through composite systems of gold nanoparticles in liquid crystal matrices. The conducted research involved the synthesis of gold nanoparticles with various geometries, with a special emphasis on gold nanorods, the functionalization of their surfaces via ligand exchange, and the directed self-organization of these nanoparticles. The main achievements of the work focus on the development of plasmonic chiral materials. The optimization of composite compositions and the analysis of the relationship between their structure and optical properties enabled the achievement of controlled chiral responses with high dissymmetry factors. The phenomena of chirality transfer and amplification were studied, allowing for precise control of the chiroptical properties of the materials. A significant aspect of the research was the reconfigurability of the composites, achieved through the thermotropic properties of liquid crystal materials. The universality of the developed liquid crystal matrices was demonstrated through the self organization of gold nanoparticles of various sizes and shapes, which expanded the potential applications of these materials. Additionally, the scalability of the systems was tested by producing thin films with chiral plasmonic responses on centimeter-scale surfaces. Various liquid crystal morphologies, such as helical nanofilaments and dark conglomerates, were also analyzed, allowing for the fine-tuning of their properties. Furthermore, an in-depth analysis of the optical properties of the materials was conducted using Mueller matrix polarimetry, which allowed for the distinction between circular and linear phenomena. Ultimately, scalable, universal, and reconfigurable nanomaterials with high optical asymmetry were obtained, opening new possibilities for applications in optoelectronics and photonics. In conclusion, the research provided new insights into the self-organization of plasmonic nanoparticles and developed chiral nanocomposites with potential applications in advanced optoelectronic and sensor technologies