بخشی از مقاله
چکیده
در این کار نانوذرات PbS قابل حل در آب به کمک عامل پوششی تیوگلیکولیک اسید - TGA - در دمای اتاق سنتز شد. به کمک طیف جذبی UV-Vis گاف انرژی در حد1/81 eV و با استفاده از پراکندگی اشعه ایکس - XRD - اندازه ذرات در حدود 8 nm تخمین زده شد. از روش جاروب Z که به وسیله یک لیزر پیوسته هلیوم - نئون - =632/8 nm - انجام گرفت، برای تعیین ضرایب اپتیکی غیرخطی نمونه موردنظر استفاده شد. از آزمایش جاروب Z روزنه بسته ضریب شکست غیرخطی مرتبه دوم برای 3 شدت 10 و 15 و mW 20 از
مرتبه 10 7 cm 2 W با علامت منفی بدست آمد.
کلید واژه- جاروب Z، ضریب جذب غیرخطی، نانوذرات PbS
1 مقدمه
خواص نانومواد نه تنها به ترکیب شیمیایی آنها، بلکه به ساختار، شکل، اندازه و توزیع اندازه آنها بستگی دارد. اندازه، شکل و خواص سطحی تاثیر زیادی بر خواص اپتیکی نانوبلورها دارد. کار ما سنتز،مشخصه یابی و بررسی خواص اپتیکی غیرخطی نانوذرات سولفیدسرب است.دو سازوکار در نشان دادن خواص اپتیکی نانوذرات اهمیت ویژه ای دارند:
.1 محدودشدگی کوانتومی : ازآنجایی که اندازه فوتون ها والکترون ها درهمان مقیاس نانو است، برای بررسی روی نانوذرات انتشار فوتون ها و الکترون ها را که توسط تغییرات سطح پتانسیل برهم کنشی در مسیر انتشارشان محدود می شود، مورد بررسی قرار می گیرد. درمورد فوتون ها محدود شدگی توسط بازتاب سطحی صورت می گیرد و محدودشدگی الکترون ها محدود به تغییر خواص موج آنها و ایجاد گسستگی می شود. محدودیت کوانتومی روی خواص اپتیکی و الکترونیکی نیمرساناها تاثیرگذار است. این تاثیر کاربردهای تخصصی زیادی پیدا کرده است. دو نوع از آثار اپتیکی غیرخطی ناشی از ساختارهای محدود شده کوانتومی است، عبارتند از:
الف - اثر الکترواپتیک : در این حالت میدان الکتریکی به کاررفته موجب تغییر در ویژگی های اپتیکی می شود. این اثر ناشی از اثر اشتارک است.
ب - تغییر ضریب شکست القایی اپتیکی : این اثر یک اثر اپتیکی غیرخطی مؤثر مرتبه سه می باشد.
.2 پلاسمون سطحی : بحث پلاسمونیک و پلاسمون سطحی اغلب در مورد نانوساختارهای فلزی مطرح می شود. دراین ساختارها اثرات غیرخطی نور از اثرات الکترودینامیکی وتغییر محیط دی الکتریک ایجاد می شود.[1]به عنوان یک نیم رسانای IV-VI گاف مستقیم با گاف eV0/41 با شعاع اکسیتون بوهر نسبتا بزرگ - در حدود 18nm - ، اثرات محدودیت کوانتومی درنانوبلورهای سولفید سرب قوی است. اندازه، شکل، مواد پوشاننده و ویژگی های سطحی تاثیر زیادی بر خواص اپتیکی نانوبلورهای PbS دارد. تلاشهای زیادی برای کنترل این ویژگی ها به منظور دستکاری خواص اپتیکی PbS صورت گرفته است.[2] روشی که ما در این مقاله در پیش گرفتیم روش سنتز در محیط آبی به کمک عامل های پوششی است، که به دلیل حساسیت به عوامل محیطی به راحتی امکان تغییر خواص ذرات را به ما می دهد.
سپس خواص اپتیکی غیرخطی نانوذرات سنتز شده را به کمک روش جاروب Z که یک روش تک پرتویی است، مورد بررسی قرار می دهیم.غیرخطی، پهن و باریک شدن یک پرتوی گاوسی ناشی از اثر خودکانونی یا خودواکانونی که به خاطر برهم کنش غیرخطی پرتو با ماده ایجاد می شود، در میدان دور بررسی می شود. چیدمان شماتیک این آزمایش در شکل 1 نشان داده شده است. یک پرتو گاوسی روی نمونه متمرکز می شود و پس از عبور از یک روزنه در میدان دور به کمک آشکارساز جمع آوری می شود. انرژی ورودی را ثابت در نظر گرفته، نمونه را در راستای انتشار پرتو جابجا می کنیم و میزان عبور D1 D2 را به عنوان تابعی از مکان نمونه Z نسبت به صفحه کانون عدسی اندازه می گیریم.
-2 روش انجام آزمایش
نانوذرات PbS را با دنبال کردن روشی که توسط ژائو و همکارانش توصیف شده بود، سنتز کردیم.[3]ابتدا 15 mL محلول آبی حاوی 0/25 mmol استات سرب و1/5 mmol تیوگلیکولیک اسید - - TGA را آماده می- کنیم. pH محلول حاصل را به کمک تری اتیل آمین به 11/2 می رسانیم. سپس محلول 0 /1 Mسولفید سدیم را که با در نظر گرفتن نسبت مولیPb/S = 2 آماده شده است، داخل محلول تزریق می کنیم. محلول بلافاصله از حالت شفاف به رنگ قهوه ای تیره در می آید.نانوبلورها را به مدت یک ساعت در حمام یخ نگهداری کردیم و بعد از آن آزمایشات را برروی نمونه انجام دادیم.جاروب Z که برای بررسی خواص اپتیکی غیرخطی نانوذرات اعمال می شود، یک روش تک پرتویی است. در این روش، برای اندازه گیری ضریب شکست
-1-2 نتایج تجربی
شکل 1 طیف جذبی UV-Vis نمونه سنتز شده را یک ساعت و پنجاه روز بعد از سنتز نشان می دهد. جابجایی بزرگ لبه جذب طیف به سمت آبی که در این شکل نسبت به حالت توده مشاهده می شود، ناشی از کوچک بودن اندازه ذرات و بروز اثر محدودیت کوانتومی می باشد. به کمک این طیف می توان گاف انرژی را حدود 1/81eVتخمین زد. همچنین از مقایسه طیفی که بعداز گذشت 50 روز تهیه شده با طیف اولیه می توان گفت نمونه سنتز شده در طی آمد.ضریب جذب غیرخطی مرتبه سه نمونه را به روش جاروب Z روزنه بسته، که یک روش ساده برای اندازه گیری هم زمان اندازه و علامت ضریب جذب غیرخطی می باشد، اندازه گرفتیم. روزنه را در فاصله ثابتی از نمونه قرار داده آزمایش را برای شدت های مختلف تکرارکردیم.با درنظر گرفتن 042 mو 5.53cm 1 ، مقدار n2 را محاسبه کردیم که نتایج محاسبات درجدول 1 آورده شده است. نمودار نرمال شده جاروب Z با روزنه بسته نمونه در شکل 3 دیده می شود. تقدم قله بر دره در این نمودار بیانگر منفی بودن ضریب جذب نمونه می باشد.
-3 نتیجهگیری
نانوذرات سولفید سرب قابل حل در آب به کمک یک عامل پوششی سنتز شد. مشخصه یابی این ذرات به کمک الگوی XRD و طیف جذبی UV-Vis صورت گرفت. خواص اپتیکی غیرخطی نانوذرات PbS به روش جاروب Z باروزنه بسته مورد بررسی قرار گرفت و مقدار n2 از مرتبه 10 7 بدست آمد.این مدت پایدار بوده و اندازه ذرات در آن تغییری نداشته است.در شکل 2 الگوی پراش پرتو X نمونه دیده می شود. پیک هایی که در زوایای 20.26، 30/31، 43/20،51/10،53/54 دیده می شود، مربوط به صفحات بلوری [111]، [200]، [220]، [311]، [222] می باشد که مطابق با ساختار مکعبی نانوبلورهای PbS می باشد. با استفاده از معادله دبای شرر، الگوی XRD اندازه ذرات را به ما می دهد. به این روش اندازه ذرات حدودnm8/2 تخمین زده شد.
برای بررسی خواص اپتیکی غیرخطی نمونه از یک لیزر پیوسته هلیوم-نئون با طول موج nm632/8 استفاده کردیم. یک عدسی با فاصله کانونی 80 mm برای متمرکز کردن پرتو لیزر استفاده شد. رابطه زیر، با در نظر گرفتن شیبنمودار توان خروجی در حضور نمونه بر حسب توان عبوری در غیاب نمونه، جذب خطی نمونه را می دهد[5]: برای نمونه بررسی شده در این مقاله، جذب خطی برابر 5.53cm 1 بدست
