Οπτικές ιδιότητες διαλυμάτων νανοσωματιδίων. Επιφανειακός συντονισμός πλασμονίου
ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΠΛΑΣΜΟΝΟΣ ΑΝΤΗΧΝΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟσωματιδίων ΑΡΓΥΡΙΟΥ ΣΕ ΓΥΑΛΙ ΑΠΟ ΣΤΟΙΧΙΟΜΕΤΡΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΔΙΠΥΡΙΤΙΚΟΥ ΛΙΘΙΟΥ
Ινστιτούτο Χημείας Πυριτικών με το όνομα I. V. Grebenshchikov RAS,
Makarova, Αγία Πετρούπολη, 199034 Ρωσία
e-mail *****@***ru
Ο συντονισμός επιφανειακού πλασμονίου των νανοσωματιδίων είναι μια απότομη αύξηση της έντασης της απορρόφησης και της σκέδασης σε ένα ορισμένο μήκος κύματος προσπίπτοντος φωτός, το οποίο αντηχεί με τη φυσική συχνότητα των ταλαντώσεων του αερίου ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του νανοσωματιδίου. Οι παράμετροι του συντονισμού του πλασμονίου είναι: το μέγεθός του, η θέση του στο φάσμα, το μισό πλάτος της ζώνης. Εξαρτώνται από το υλικό, το σχήμα, το μέγεθος του νανοσωματιδίου, καθώς και από τη σύνθεση του περιβάλλοντος. Διεξήχθη μια μελέτη στην οποία, στα ίδια δείγματα φωτοδομημένων (φωτοευαίσθητων) γυαλιών με πρόσθετα προσμίξεων αργύρου 0,03Ag (wt.%) άνω του 100% και διοξείδιο του δημητρίου 0,05 CeO2 (wt.%) άνω του 100% , που εισήχθη τόσο χωριστά όσο και μαζί, μελετήθηκαν η κρυστάλλωση και οι οπτικές ιδιότητες του γυαλιού της στοιχειομετρικής σύνθεσης του διπυριτικού λιθίου 33,5Li2O 66,5SiO2 (mol.%):
Όταν εκτίθενται σε υπεριώδη ακτινοβολία και θερμική επεξεργασία, τα αναγωγικά ιόντα δίνουν ηλεκτρόνια σε ιόντα αργύρου, μετατρέποντάς τα σε ατομική κατάσταση. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ δεν απαιτεί την εισαγωγή ευαισθητοποιητή. Σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα αργύρου σχηματίζουν νανοσωματίδια, τα οποία χρησιμεύουν ως κέντρα κρυστάλλωσης για την κύρια μη μεταλλική φάση του διπυριτικού λιθίου.
Δεδομένου ότι ο μέγιστος ρυθμός πυρήνωσης των κρυστάλλων διπυριτικού λιθίου παρατηρείται σε θερμοκρασία 460 °C, επιλέξαμε αυτή τη θερμοκρασία για να μελετήσουμε τις οπτικές ιδιότητες των γυαλιών. Τα δείγματα διατηρήθηκαν σε θερμοκρασία 460 °C για 3 ώρες. Το σχήμα 1 δείχνει τις εξαρτήσεις της οπτικής πυκνότητας των δειγμάτων, ρε, από το μήκος κύματος για το αρχικό γυαλί 1 (χωρίς ακαθαρσίες και ακτινοβολία). με ακαθαρσίες αργύρου και διοξειδίου του δημητρίου 2; με ένα μίγμα αργύρου 3. Τα δείγματα 2 και 3 ακτινοβολήθηκαν για 10 λεπτά. Λειτουργία θερμικής επεξεργασίας 460 °C 3 ώρες.
Όπως φαίνεται από το Σχήμα 1, η εξάρτηση της οπτικής πυκνότητας του δείγματος 1 δεν έχει μέγιστα μειώνεται σταδιακά. Η οπτική πυκνότητα του δείγματος με δημήτριο και άργυρο έχει δύο μέγιστα: το πρώτο είναι για μήκος κύματος 310 nm, το δεύτερο βρίσκεται στα λ = 425 nm και, τέλος, η οπτική πυκνότητα του δείγματος με ασήμι έχει μόνο ένα μέγιστο σε λ = 425 nm. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η ζώνη απορρόφησης σε μήκος κύματος λ = 310 nm σχετίζεται με την παρουσία ιόντων δημητρίου στο γυαλί και το μήκος κύματος λ = 425 αντιστοιχεί στον συντονισμό πλασμονίου των νανοσωματιδίων αργύρου.
Συμπεράσματα από την εργασία
Πραγματοποιήθηκε μια ολοκληρωμένη μελέτη, στην οποία, στα ίδια δείγματα φωτοδομημένου (φωτοευαίσθητου) γυαλιού της στοιχειομετρικής σύνθεσης του διπυριτικού λιθίου 33,5Li2O 66,5SiO2 (mol.%) με την προσθήκη φωτοευαίσθητης ακαθαρσίας αργύρου (0,03 wt.% πάνω από 100%) και διοξείδιο του δημητρίου (0,05 wt.% πάνω από 100%), που εισήχθησαν χωριστά και μαζί, μελετήθηκαν η κρυστάλλωση και οι οπτικές ιδιότητες. Έχει διαπιστωθεί ότι η ζώνη απορρόφησης σε μήκος κύματος λ = 310 nm σχετίζεται με την παρουσία ιόντων δημητρίου στο γυαλί και το μήκος κύματος λ = 425 αντιστοιχεί στον συντονισμό πλασμονίου των νανοσωματιδίων αργύρου.
Ο ρυθμός πυρήνωσης του διπυριτικού λιθίου σε σωματίδια αργύρου για ένα βάθος δείγματος 0,52 mm είναι 500 φορές υψηλότερος από τον ρυθμό πυρήνωσης υπό ομοιογενείς συνθήκες πυρηνοποίησης, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σύσταση χρήσης υάλου πυριτικού λιθίου αυτής της σύνθεσης ως φωτοδομημένο υλικό για παραγωγή φωτοευαίσθητων γυαλιών και φωτοειδών.
1. Α. Πυρήνωση κρυστάλλων σε φωτοευαίσθητα γυαλιά πυριτικού λιθίου. LAP LAMBERT Academic Publishing. ISBN: 978-3-8454-1285-6. 148 σελ. Αριθμός έργου (24811). LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG Dudweiler Landstraße 99, 66123 Saarbrücken Γερμανία. 2011
2. A., V., A., A. Η επίδραση των νανοσωματιδίων χρυσού στις διαδικασίες αμορφοποίησης και κρυστάλλωσης σε φωτοδομήσιμο γυαλί πυριτικού λιθίου Φυσ. και χημ. ποτήρι 2013. Τ.39. Νο 4. Σελ.513-521.
Όταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αλληλεπιδρά με μεταλλικά νανοσωματίδια, τα κινητά ηλεκτρόνια αγωγιμότητας των σωματιδίων μετατοπίζονται σε σχέση με τα θετικά φορτισμένα μεταλλικά ιόντα του πλέγματος. Αυτή η μετατόπιση είναι συλλογικής φύσης, στην οποία η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι συνεπής στη φάση. Εάν το μέγεθος των σωματιδίων είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός, τότε η κίνηση των ηλεκτρονίων οδηγεί στην εμφάνιση ενός διπόλου. Ως αποτέλεσμα, προκύπτει μια δύναμη που τείνει να επαναφέρει τα ηλεκτρόνια στη θέση ισορροπίας. Το μέγεθος της δύναμης επαναφοράς είναι ανάλογο με το μέγεθος της μετατόπισης, όπως για έναν τυπικό ταλαντωτή, οπότε μπορούμε να μιλήσουμε για την παρουσία μιας φυσικής συχνότητας συλλογικών ταλαντώσεων ηλεκτρονίων στο σωματίδιο. Εάν η συχνότητα των ταλαντώσεων του προσπίπτοντος φωτός συμπίπτει με τη φυσική συχνότητα των ταλαντώσεων των ελεύθερων ηλεκτρονίων κοντά στην επιφάνεια ενός μεταλλικού σωματιδίου, παρατηρείται μια απότομη αύξηση στο πλάτος των ταλαντώσεων του "πλάσματος ηλεκτρονίων", το κβαντικό ανάλογο του οποίου είναι ένα πλάσμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συντονισμός επιφανειακού πλασμονίου (SPR). Εμφανίζεται μια κορυφή στο φάσμα απορρόφησης φωτός. Για σωματίδια ευγενούς μετάλλου με μέγεθος της τάξης των 10-100 nm, παρατηρείται SPR στην ορατή περιοχή του φάσματος και στο εγγύς υπέρυθρο εύρος. Η θέση και η έντασή του εξαρτώνται από το μέγεθος, το σχήμα των νανοσωματιδίων και το τοπικό διηλεκτρικό περιβάλλον. Τα σφαιρικά νανοσωματίδια αργύρου με διάμετρο 10-25 nm έχουν κορυφή απορρόφησης κοντά στα 400-420 nm (Εικ. 1α), τα σφαιρικά νανοσωματίδια χρυσού - 520 nm, τα νανοσωματίδια οξειδίου του χαλκού (Ι) - 450-700 nm.
Οι νανοράβδοι έχουν ανισότροπη συμμετρία και επομένως παρατηρούνται δύο κορυφές στο φάσμα απορρόφησης, που αντιστοιχούν στα εγκάρσια και διαμήκη πλασμόνια. δηλ. V
κοντά στην υπέρυθρη περιοχή. Η θέση του καθορίζεται από τους συντελεστές διαστάσεων του νανοράβδου, δηλαδή την αναλογία μήκους προς πλάτος.
λ, nm
λ, nm
Σχ.1αΟπτικό φάσμα απορρόφησης νανοσωματιδίων αργύρου
Εικ.1βΟπτικό φάσμα απορρόφησης νανοσωματιδίων αργύρου σε σχήμα ράβδου
Πειραματικό μέρος Επεξεργασία και παρουσίαση εργαστηριακών αποτελεσμάτων
Η έκθεση πρέπει να παρέχει:
Σχήμα και εξίσωση της αντίδρασης για τη σύνθεση νανοσωματιδίων
Καταγράφει τις αλλαγές χρώματος του διαλύματος κατά τη σύνθεση
Καταγραφές της επίδρασης (ή της έλλειψης επιρροής) της συγκέντρωσης ενός αναγωγικού παράγοντα ή/και σταθεροποιητή στο μέγεθος και τη σταθερότητα των νανοσωματιδίων που προκύπτουν
Φάσμα απορρόφησης διαλύματος νανοσωματιδίων
Συμπεράσματα σχετικά με το σχήμα και το μέγεθος των νανοσωματιδίων στο συντιθέμενο διάλυμα
Εργαστηριακή εργασία Νο. 1 Λήψη νανοσωματιδίων Ag με τη μέθοδο του κιτρικού
Αυτή η μέθοδος επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει σχετικά μεγάλα σωματίδια αργύρου με διάμετρο 60-80 nm. Μέγιστη απορρόφηση 420 nm.
Αντιδραστήρια και εξοπλισμός
Αντιδραστήρια: 0,005Μ διάλυμα νιτρικού αργύρου AgNO 3, κιτρικό νάτριο Na 3 C 6 H 5 O 7 ∙6H 2 O (διάλυμα 1%), απεσταγμένο νερό.
Εξοπλισμός:ζυγαριά, φασματοφωτόμετρο, κυψελίδες χαλαζία με μήκος οπτικής διαδρομής 1 cm, φιάλες των 200 ml, ποτήρια ζέσεως 50 ml, θερμαινόμενος αναδευτήρας, βαθμονομημένος κύλινδρος.
Εντολή εργασίας
Παρασκευάστε ένα διάλυμα 0,005M (0,085%) AgNO 3 σε νερό. Για να γίνει αυτό, διαλύστε 0,0425 g της ουσίας σε 50 ml απεσταγμένου νερού.
Μεταφέρουμε 25 ml του παρασκευασμένου διαλύματος σε φιάλη και προσθέτουμε 100 ml νερού.
Παρασκευάστε ένα διάλυμα κιτρικού νατρίου 1% διαλύοντας 0,5 g από αυτό σε 50 ml νερού.
Ζεσταίνουμε 125 ml του προκύπτοντος διαλύματος νιτρικού αργύρου σε βρασμό σε εστία με αναδευτήρα.
Μόλις το διάλυμα αρχίσει να βράζει, προσθέστε 5 ml διαλύματος κιτρικού νατρίου 1%.
Θερμάνετε το διάλυμα μέχρι το χρώμα να γίνει ανοιχτό κίτρινο.
Αφήστε το διάλυμα να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου με τον αναδευτήρα σε λειτουργία.
Φέρτε τον όγκο του διαλύματος, ο οποίος έχει μειωθεί λόγω βρασμού, στα 125 ml με νερό.
Καταγράψτε το φάσμα απορρόφησης του προκύπτοντος κολλοειδούς διαλύματος στην περιοχή 200 – 800 nm. Πάρτε το νερό ως διάλυμα αναφοράς.
Πάρτε το φάσμα απορρόφησης μετά από μια ημέρα ή μια εβδομάδα. Συγκρίνετε τα φάσματα που προκύπτουν. Τι μπορεί να ειπωθεί για τη σταθερότητα των νανοσωματιδίων;Ποιοι παράγοντες καθορίζουν τη σταθερότητα των νανοσωματιδίων που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο;
Ποιες άλλες μέθοδοι είναι γνωστές για την αύξηση της σταθερότητας των μεταλλικών νανοσωματιδίων;
Γιατί υδατικό διάλυμαΤο νιτρικό άργυρο αποθηκεύεται στο εργαστήριο σε σκούρο δοχείο;
Το επιφανειακό πλασμόνιο δεν σχετίζεται άμεσα με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο περιβάλλον δίπλα στο μέταλλο, αφού η ταχύτητά του είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Μια τεχνική που επιτρέπει τη χρήση επιφανειακών πλασμονίων στην οπτική βασίζεται στη χρήση ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Στην ολική εσωτερική ανάκλαση, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται κατά μήκος μιας επιφάνειας που ανακλά το φως, η ταχύτητα της οποίας είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός και εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης. Εάν, σε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης, η ταχύτητα αυτού του κύματος συμπίπτει με την ταχύτητα του επιφανειακού πλασμονίου στη μεταλλική επιφάνεια, τότε οι συνθήκες για ολική εσωτερική ανάκλαση θα παραβιαστούν και η ανάκλαση θα πάψει να είναι πλήρης και μια επιφάνεια θα προκύψει συντονισμός πλασμονίου.
Σε μεταλλικά συστήματα νανομεγέθους, λαμβάνει χώρα τροποποίηση των συλλογικών ηλεκτρονικών διεγέρσεων. Συλλογική ηλεκτρονική διέγερση μεταλλικών νανοσωματιδίων των οποίων το μέγεθος είναι μικρότερο από το μήκος κύματος ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία V περιβάλλο- εντοπισμένο επιφανειακό πλασμόνιο, - ταλαντώνεται σε συχνότητα που είναι 3 φορές μικρότερη από τη συχνότητα του πλασμονίου όγκου, ενώ η συχνότητα του πλασμονίου της επιφάνειας είναι περίπου 2 φορές μικρότερη από τη συχνότητα του πλασμονίου όγκου. Λόγω του μικρού μεγέθους του συστήματος, η απαίτηση για την ταχύτητα διάδοσης της διέγερσης και του ηλεκτρομαγνητικού κύματος να συμπίπτουνεξωτερικό περιβάλλον εξαφανίζεται, έτσι ώστε τα εντοπισμένα επιφανειακά πλασμόνια να συνδέονται απευθείας με την ακτινοβολία. Εάν η συχνότητα ταιριάζειεξωτερικό πεδίο
Με τη συχνότητα ενός εντοπισμένου επιφανειακού πλασμονίου, εμφανίζεται συντονισμός, που οδηγεί σε απότομη αύξηση του πεδίου στην επιφάνεια του σωματιδίου και σε αύξηση της διατομής απορρόφησης.
Οι ιδιότητες των εντοπισμένων πλασμονίων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα των νανοσωματιδίων, γεγονός που καθιστά δυνατό τον συντονισμό του συστήματος των συντονισμών τους για αποτελεσματική αλληλεπίδραση με φως ή στοιχειώδη κβαντικά συστήματα.
- Επί του παρόντος, το φαινόμενο του συντονισμού του επιφανειακού πλασμονίου χρησιμοποιείται ευρέως στη δημιουργία χημικών και βιολογικών αισθητήρων. Όταν έρχονται σε επαφή με βιολογικά αντικείμενα (DNA, ιούς, αντισώματα), οι πλασμονικές νανοδομές καθιστούν δυνατή την αύξηση της έντασης των σημάτων φθορισμού περισσότερο από μια τάξη μεγέθους, δηλ. επεκτείνει σημαντικά τις δυνατότητες ανίχνευσης, αναγνώρισης και διάγνωσης βιολογικών αντικειμένων.
- Εδαφος διά παιγνίδι γκολφ Perlin E.Yu., Vartanyan T.A., Fedorov A.V. Φυσικήστερεός . Οπτική ημιαγωγών, διηλεκτρικών, μετάλλων:Φροντιστήριο
- Pompa P.P., Martiradonna L. et al. Ενισχυμένος με μέταλλο φθορισμός κολλοειδών νανοκρυστάλλων με έλεγχο νανοκλίμακας // Nature Nanotechnology - τομ. 1, 2006 - Σελ. 126 -130
- Nashchekin A.V. και άλλοι Βιοαισθητήρες που βασίζονται στον συντονισμό του επιφανειακού πλασμονίου // Συλλογή περιλήψεων από τμηματικές αναφορές, παρουσιάσεις αφίσας και αναφορές συμμετεχόντων στο διαγωνισμό. επιστημονικές εργασίεςνέοι επιστήμονες - Δεύτερο Διεθνές Φόρουμ για τη Νανοτεχνολογία, 2008
Επιστήμη
Εγκυκλοπαιδικό Λεξικόνανοτεχνολογίας. - Ρουσνάνο. 2010 .
Δείτε τι είναι ο «συντονισμός πλασμονίου» σε άλλα λεξικά:
αγγλικός συντονισμός πλασμονίου) διέγερση ενός επιφανειακού πλασμονίου στη συχνότητα συντονισμού του από ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα (στην περίπτωση μεταλλικών δομών νανομεγέθους ονομάζεται εντοπισμένος συντονισμός πλασμονίου). Περιγραφή Τεχνική ... Wikipedia
Ο όρος νανοφαρμακολογία Ο όρος στα αγγλικά nanopharmacology Συνώνυμα Συντομογραφίες Σχετικοί όροι προσκόλληση, παράδοση γονιδίου, αντίσωμα, βακτηριοφάγος, πρωτεΐνες, βιολογική μεμβράνη, υπερθερμία, DNA, καψίδιο, κβαντική κουκκίδα, κινεσίνη, κύτταρο... Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό Νανοτεχνολογίας
Γρανάζια μοριακού μεγέθους βασισμένα σε νανοσωλήνες ... Wikipedia
Nanogears μοριακού μεγέθους Η νανοτεχνολογία είναι ένα διεπιστημονικό πεδίο θεμελιωδών και εφαρμοσμένων επιστημών και τεχνολογίας, που ασχολείται με έναν συνδυασμό θεωρητικής αιτιολόγησης, πρακτικών μεθόδων έρευνας, ανάλυσης και σύνθεσης, καθώς και ... ... Wikipedia
Nanogears μοριακού μεγέθους Η νανοτεχνολογία είναι ένα διεπιστημονικό πεδίο θεμελιωδών και εφαρμοσμένων επιστημών και τεχνολογίας, που ασχολείται με έναν συνδυασμό θεωρητικής αιτιολόγησης, πρακτικών μεθόδων έρευνας, ανάλυσης και σύνθεσης, καθώς και ... ... Wikipedia
Nanogears μοριακού μεγέθους Η νανοτεχνολογία είναι ένα διεπιστημονικό πεδίο θεμελιωδών και εφαρμοσμένων επιστημών και τεχνολογίας, που ασχολείται με έναν συνδυασμό θεωρητικής αιτιολόγησης, πρακτικών μεθόδων έρευνας, ανάλυσης και σύνθεσης, καθώς και ... ... Wikipedia
Στη φυσική, ένα πλασμόνιο είναι ένα οιονεί σωματίδιο που αντιστοιχεί στην κβαντοποίηση των ταλαντώσεων του πλάσματος, οι οποίες είναι συλλογικές ταλαντώσεις ενός αερίου ελεύθερου ηλεκτρονίου. Περιεχόμενα 1 Επεξήγηση 2 Πιθανές χρήσεις... Wikipedia
Στη φυσική, ένα πλασμόνιο είναι ένα οιονεί σωματίδιο που αντιστοιχεί στην κβαντοποίηση των ταλαντώσεων του πλάσματος, οι οποίες είναι συλλογικές ταλαντώσεις ενός αερίου ελεύθερου ηλεκτρονίου. Επεξήγηση του παιχνιδιού Plasmons μεγάλο ρόλοστις οπτικές ιδιότητες των μετάλλων. Φως με συχνότητα ... Wikipedia
Χρυσός- (Χρυσός) Ο χρυσός είναι ένα πολύτιμο μέταλλο Χρυσός: κόστος, δείγματα, τιμή, αγορά, ποικιλίες χρυσού Περιεχόμενα >>>>>>>>>>>>>>>> Ο χρυσός είναι, ορισμός... Εγκυκλοπαίδεια Επενδυτών
