بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش نمونههاي نانوذرات طلا، نقره و مس در مایع هاي مختلف به روش کندوسوز لیزر پالسی نئودیمیم یاگ ساخته شدند. با مشاهدات TEM اندازه و توزیع ذرات در محدوده نانومتر تعیین گردید. خواص نوري نانو ذرات در محیط هاي آبی ، استن و اتانول با استفاده از اندازهگیري طیفهاي خاموشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده است که با استفاده از مایع هاي با گشتاور دوقطبی مولکولی زیاد مانند استن می توان ذرات ریزتر با پایداري بهتري ساخت.
محیط کندوسوز هم می تواند در ترکیب نانوذرات موثر باشد. براي مثال استفاده از آب می تواند به اکسایش نانوذرات منجر شده و روش مناسبی را براي ساخت برخی نانوذرات اکسیدي فراهم آورد. تاکنون روشهاي مختلف مانند کاهش شیمیایی، فتوشیمیایی و کندوسوز لیزرپالسی براي ساخت نانوذرات طلا، نقره و مس بکار رفته است6]،7 و.[4 با روش کندوسوز لیزري می توان نانوذرات فلزي را با خلوص زیاد در محیط خلاء، گاز زمینه و یا محیط مایع تولید کرد.
در صورت استفاده از محیط مایع نیازي به استفاده از سیستم خلاء نیست و از این رو نسبت به کندوسوز در خلاء سریعتر و ارزانتر است.در این مطالعه نانوذرات طلا، نقره و مس به روش کندوسوز لیزر پالسی در محیط مایع ساخته شده است. فرایند خوشه اي شدن و تشکیل نانوذرات علاوه بر نوع ماده هدف، چگالی توان و طول موج لیزر به نوع مایع محیط کندوسوز بستگی دارد.[8] در ادامه خواص نوري، شکل و اندازه ذرات ساخته شده با استفاده از عبور اپتیکی در محدوده نور مریی و میکروسکوپ عبور الکترونی مطالعه شده و همچنین اثر محیط کندوسوز لیزر بر ترکیب شیمیایی، اندازه و خواص نوري ذرات مورد بررسی قرار گرفته است.
روش آزمایش
در این روش از لیزر پالسی با چگالی توان مناسب براي کندوسوز هدف در داخل مایع و تشکیل خوشه هاي اتمی براي تولید نانوذرات استفاده میشود. براي این منظور از لیزر پالسی نئودیمیم استفاده شد. باریکهي لیزر با استفاده از عدسی روي سطح هدف که در عمق 5 سانتیمتري محیط کندوسوز قرار داده میشود تابانده شد. استوانههاي طلا، نقره و مس خالص با قطر و ضخامت 3 میلیمتر به عنوان هدف بکار رفته و کندوسوز لیزر پالسی در محیط هاي کندوسوز آب بدون یون، اتانول و استن برايانجام شد. بررسی خواص اپتیکی نانوذرات ساخته شده، عبور اپتیکی در محدوده 300 تا 1100 نانومتر با استفاده از طیف نگار نوري مریی/ فرابنفش 530-Jasco و براي مطالعه اندازه و شکل ذرات از تصویربرداري TEM Philips 200 FEG استفادهدرشدند که ادامه به بررسی نتایج خواهیم پرداخت.
بحث و نتیجه گیري
در هریک از مواد ساخته شده، بعدآزمایشازساخت نمونهها عبور نوري آنها اندازهگیري شد. براي ساخت نمونه جهت تصویربرداري TEM یک قطره از مایع حاوي ذرات روي شبکه مسی پوشانده شده با لایه نازك کربن چکانده و در دماي اتاق خشک شده است. در ادامه نتایج آزمایشها به ترتیب براي طلا، نقره و مس مورد بحث قرار میگیرد. منحنی خاموشی نمونههاي طلا ساخته شده در محیطهاي آب و اتانول در شکل 2 نشان داده شده است.
کاهش عبور اپتیکی در طول موجهاي معین و سپس افزایش آن به جذب تشدید پلاسمونی مربوط میشود. طول موج جذب تشدید پلاسمونی علاوه بر خواص ديالکتریک اطراف آنارتباطباشکل و اندازهي ذره نزدیکی دارد و با بزرگتر شدن ذره جذب تشدیدي پلاسمونی در طول موجهاي بلندتري رخ میدهد.[9] در صورتی که نسبت ابعاد ذره بیش از یک باشد و به عبارتی ذره از حالت کروي خارج شود کمینههاي دیگري نیز در نمودار عبوربهمشاهده میشود که مدهاي طولی مربوط میشود.
با توجه به منحنیها مشاهده میشود که نمونههاي ساخته شده در آب و اتانول به ترتیب داراي جذب تشدیدي پلاسمونی در 522 و 545 نانومتر هستند. از آنجایی که در شدهمحدوده اندازهگیري ضریب شکست آب و اتانول به هم نزدیک اند تفاوت عمده در طول موج قله خاموشی به اندازه درات مربوط میشود که تصاویر TEM نیز آنرا تائید میکند. پهن شدن نمودار خاموشی به طور عمده به نحوه توزیع اندازه ذرات بستگی دارد. در صورتی که نمونه داراي منحنی توزیع ذرات پهنی باشد، نمودار خاموشی آن نیز پهن خواهد بود. البته پهنشدگی به تجمع ذرات نیز مربوط میشود.
همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود ذرات در اتانول تجمع یافتهاند که این به دلیل کم بودن گشتاور دوقطبی مولکول اتانول و شکل فضایی توزیع بار آن است.شکل : 3 تصاویر TEM نانوذرات نقره درآب - راست - و استن - چپ - نانوذرات نقره در آب، اتانول و استن ساخته شده اند. شکلهاي 3 و 4 تصاویر TEM نانوذرات نقره را نشان میدهد. متوسط اندازه نانوذرات در استن، آب و اتانول به ترتیب برابر با 5، 13 و 22 نانومتر است.
شکل 5 منحنی خاموشی نمونههاي نانوذرات نقره را نشان میدهد. با توجه به منحنیها مشاهده می شود که نمونههاي ساخته شده در آب، اتانول و استن به ترتیب داراي جذب تشدیدي پلاسمونی در 411، 405 و 399 نانومتر هستند. منحنی خاموشی در استن باریکتر و در اتانول پهن است. تفاوت قله خاموشی در این سه نمونه، از تفاوت متوسط اندازه ذرات ناشی میشود که در تصویر TEM به آن اشاره شده است. از آنجایی که بجز محیط آزمایش سایر شرایط ساخت یکسان بودند، تفاوت عمده در اندازه ذرات به اثر محیط مرتبط است.
[8] از آنجایی که در مایعات بکار رفته گشتاور دوقطبی مولکول استن بیشترین و اتانول کمترین است ذرات در استن ریزتر و در اتانول درشتتر هستند. بنابراین نانوذرات نقره در استن پایدارند اما در آب به تدریج بعد از دو هفته و در اتانول بعد از 2 روز تهنشین میشوند. ساخت نانوذرات مس نیز در آب و استن مورد بررسی قرار گرفته است. براي بررسی اندازه ذراتشده تصاویر TEM نمونهها تهیه که در شکل 6 آورده شده است. متوسط اندازه ذرات در آب 30 و در استن 3 نانومتر است. تفاوت اندازه آبیذرات منجر به انتقال به در طول موج بیشینه خاموشی ذرات در استن شده است.
