بخشی از مقاله
چکیده
علم و فناوری نانو در زمینه تحقیق و توسعهی پژوهشهایی که اهداف آنها تولید، مشخصهیابی و درک مواد جدید با اندازه 1 تا 100 نانومتر میباشد بسیار اهمیت میدهد. پیشرفت در نوآوری علم مواد و تکنولوژی نیازمند درک عمیق خواص فیزیکی و شیمیایی است. در این مقاله، نانوذرات پالادیم از روش کندگی لیزر پالسی در مایع - PLAL - تهیه شدند. PLAL روشی چند منظوره در تهیه انواع نانومواد و با مزیتهایی بیشتر از روش شیمیایی است، از جمله آن، می توان به درجه خلوص بالاتر نانومواد به علت عدم وجود عامل کاهنده اشاره کرد. نانوذرات پالادیم با روشهای مختلف فیزیکی و شیمیایی مانند پراش پرتو - XRD - x و میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - مشخصهیابی شد. همچنین خواص نوری با استفاده از طیف سنجی جذبی ماورا بنفش-مرئی تعیین شد.
مقدمه
نانوذرات توجه ویژهای را به دلیل ویژگیهای منحصربه فردمختلفی نسبت به مواد حجیم به خود جلب کردهاند. میتوان دلیلاین توجه را تاثیر اندازه کوانتومی و نسبت سطح به حجم زیاد اینمواد دانست. برای مثال، خواص کاتالیستی نانوذرات فلزی بهتر ازمواد حجیم میباشد .[1] نانوذرات ریختهای متفاوتی - ورقهای،کروی، درختسان - را از خود بروز میدهند. نانوذرات فلزی و اکسیدفلزیمعمولاً کروی شکل هستند و با ویژگیهای مناسب فیزیکی برای نیازهای خاص کاربردی، تولید میشوند .[2]یکی از جالبترین ویژگیهای نانوذرات فلزی، خواص نوری آنهابوده که متناسب با شکل، اندازه، جنس و محیط پیرامون نانوذره تغییر میکند. فلزات با ساختار نانو، خواص نوری بسیار جالب وپیچیدهای نشان میدهند که ناشی از ایجاد یا تشدید پلاسمونهایسطحی در آنها میباشد.
تشدید پلاسمونهای سطحی در نانوذرات فلزی به خواص نوری منجر میشود که در دیگر موادنوری به سختی قابل دستیابی هستند و در نتیجه منجر به یکگسترهی وسیعی از کاربردها در زمینههای مختلف میشود .[3] پالادیم به دلیل کاربردهای مختلف زیاد در ذخیرهسازی هیدروژن[4]، پیل سوختی [5] و کاتالیستی [6] بسیار مورد توجه میباشد.انتظار میرود که نانوذرات کریستالی پالادیم ظریفت ذخیرهسازی هیدروژن، مشخصههای کاتالیستی و خواص مغناطیسی را بهبودببخشند. جذب تشدید پلاسمون سطحی این نانوذرات به ترکیباتساختاری، اندازه و شکل آنها وابسته است.طیف گستردهای از روشهای مصنوعی جهت آمادهسازی نانوذرات فلزی مختلف ازجمله کاهش شیمیایی از نمک فلز، فرآیند سل- ژلولیتوگرافی گزارش شده است .[7-9]
کندگی لیزرمعمولاً برای تجزیه و تحلیل عناصر در محل [10]، شکلدهی فیلم نازک [11] و همچنین تهیه نانوذرات به کار میرود .[12-16] روش لیزری در مقایسه با روشهای فیزیکی و شیمیایی که جهت تهیه نانوذرات به کار میروند، سادهتر میباشد. دما و فشار پلم که توسط تابش لیزر پالسی بر روی سطح فلز در مایع ایجاد میشود در مقایسه با خلا یا اتمسفر به دلیل تاثیرات حدی خیلی بالا است 18]و.[17 از آنجاییکه ذرات جدا شده در پلم موجودند، نانوذرات کریستالیبدون هیچ عملیات حرارتی بدست میآیند .[12] مزیت دیگرکندگی لیزر پالسی در مایع کنترل تجمع و پراکندگی نانوذرات به دلیل گرفتار شدن آنها در مایع میباشد .[13-15] ذرات جدا شده از طریق پلم ایجاد شده که توسط کندگی لیزر در مایع ایجاد شدهو دارای فشار و دمای بسیار بالایی است حرکت میکنند.
بدینترتیب انتظار ساخت ذراتی با خواص نوری، الکتریکی و مکانیکیجدیدی وجود دارد. اما بازده کم نانوذرات تهیه شده توسط کندگیلیزر نسبت به روشهای دیگر، نقص مهمی محسوب میشود. همچنین حضور نانوذرات ایجاد شده توسط کندگی لیزر در مایع،مانع ادامه کندگی فلز میشوند، زیرا این نانو ذرات پرتو لیزر رجذب یا پراکنده میکنند و مانع برخورد پرتو لیزر با سطح فلز می-
شوند [19]، در نتیجه انرژی پالسی که به سطح فلز میرسد کمتر ازآن است که عملکرد بعدی را انجام دهد. یکی از روشهای حلاین مشکل استفاده از مایعی با ضریب جذب کوچک است تا از جذب نور پرتو لیزر توسط مایع جلوگیری شود. البته این مایع بایدبه دقت انتخاب شود زیرا بر روی خواص ذرات کنده شده تاثیر میگذارد .[13]در این مقاله، با موفقیت نانو ذرات پالادیم از روش کندگی لیزرپالسی در آب تهیه و خواص مورفولوژی نانوذرات پالادیم توسطمیکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - و پراش پرتو - XRD - x و طیف سنجی جذبی ماورا بنفش-مرئی بررسی شد.
آزمایشات
شکل 1 طرحواره کلی راه اندازی آزمایش تهیه نانوذرات توسط کندگی لیزر را در آب مقطر نشان میدهد. برای اینکه نمونه سوراخ نشود پرتو لیزر بر روی سطح فلز پالادیم اسکن میشود. پرتو نورلیزر Nd:YAG در مد کلیدزنی Q در طول موج 1064nm با نرختکرار 10Hz و زمان پالس 240ns به کار برده شد. نور لیزر بر روی فلز پالادیم توسط لنز کوارتز با طول کانونی 200mm کانونی شد. انرژی پالس لیزر 400mJ و شاریدگی آن 22/8 J/cm2 و زمان پرتودهی 10min بود. و بدین ترتیب نانوذرات پالادیم تولید شدند. شکل 2 تصویر محلول کلوئیدی نانوذرات پالادیم تولید شده توسط لیزر در آب مقطر را نشان میدهد.
نتایج
به منظور اطمینان از تهیه نانوذرات پالادیم و شناسایی ساختار کریستالی آنها، پس از تهیه توسط دستگاه XRD مورد بررسی قرارگرفتند. طول موج اشعه x، 1/5405 A و الگوی پراش در مقیاس 2 در محدوده - 0-80 - با سرعت روبش 2/min اندازه گیری شد؟ شکل 3 طیف پراش پرتو x نانوذرات پالادیم را نشان میدهد.همان طور که در شکل مشاهده میکنید پیک های اصلی پالادیم در 2 =40/4، 2 =46/9 و 2 =68/2 تشکیل شده است. نانوذرات پالادیم دارای ساختار کریستالی مکعب با سطح مرکزدار - FCC - با ثابت شبکه a=3/887 c میباشند .[20]شکل4 تصویر TEM نانوذرات پالادیم را نشان میدهد. همان طورکه در شکل نشان داده شده است نانوذرات کروی با اندازه متوسطحدود 10 نانومتر میباشند. این اندازه نانوذرات میتواند افزایشحد مشمول کوانتومی خواص نوری غیرخطی که در ارتباط با کوچکی نانوذرات است را نشان دهد.
یکی از جالب ترین و در دسترسترین روشها به منظور تحلیل نانوذرات، استفاده از طیف سنجی ناحیه مرئی و فرابنفش امواج الکترومغناطیس است که مشخصههای نوری نمونه از اندازه گیری-های جذبی و تراگسیل بدست میآید. شکل5 طیف سنجی جذبی ماورای بنفش- مرئی نانوذرات پالادیم را نشان میدهد. این اندازه-گیری در دمای اتاق با تفکیک پذیری 1nm انجام شد.همان طور که مشاهده میکنید باند جذبی با تشدید پلاسمونی براینانوذرات پالادیم در حدود 275 nm دیده میشود. این نشان دهنده آن است که پیک تشدید پلاسمون سطحی نانوذرات پالادیمکوچک - در حدود - 10nm در ناحیه ماورابنفش قرار دارد و باعث
