مطالعه تجربي خواص نوري نانوذرات سيليكن توليد شده با استفاده از فرآيند ماده‌برداري ليزري دو‌پالسي نانوثانيه در محيط‌هاي آب و اتانول

دكتري

نانومواد سيليكن به‌دليل ويژگي زيستسازگاري عالي و داشتن خواص الكترونيكي، نوري و مكانيكي منحصربه‌فرد بطور فزآينده‌اي براي كاربردهاي اپتوالكترونيكي و همچنين زيستپزشكي قابل استفاده مي‌باشند. در سال‌هاي اخير، مشاهده طيف گسترده‌اي از تابش‌هاي كوك‌پذير مرئي و مادون قرمز از نانوذرات سيليكن علاقه‌مندي فراواني را براي تهيه وسايل گسيل نوري كارآمد بر اساس اين نانوذرات به منظور استفاده در برنامه‌هاي كاربرديِ كم هزينه برانگيخته است. از اين رو، مطالعه خواص نوري نانوذرات سيليكن به منظور استفاده در كاربردهاي اپتوالكترونيكي و همچنين زيست پزشكي داراي اهميت است. به‌خصوص، كنترل مشخصات اكسيد سطحي يكي از چالش‌هاي باقي‌مانده اصلي در اين زمينه است كه داراي اثرات مهمي بر روي خواص نوري نانوذرات سيليكن مي‌باشد و نيازمند تحقيقات بيشتري است. هدف اصلي اين كار پژوهشي، بررسي نقش پارامترهاي موثر در فرآيند ماده‌برداري ليزري به‌منظور توليد نانوذرات كلوئيدي سيليكن با توزيع اندازه‌ها و اثرات سطحي مختلف و نيز مطالعه خواص فوتولومينسانس نوري متفاوت از كلوئيدهاي حاصل است. بدين منظور، نانوذرات سيليكن در محيط‌هاي مايع آب و اتانول بطور جداگانه و با استفاده از فرآيند ماده‌برداري ليزر پالسي نانوثانيه تحت شرايط آزمايشي متفاوت توليد شده است. به‌عنوان تغييرات اصلي مد نظر در پارامترهاي ليزر، انجام اين فرآيندهاي ماده‌برداري با استفاده از باريكه‌هاي ليزري دو‌پالسي متشكل از يك پيش- پالس كم شدت و يك پالس اصلي تاخيري با مقادير اختلاف زماني تقريبا 5، 10، 15 و 20 نانوثانيه صورت گرفته است. نتايج اين تحقيق بيانگر آن است كه فرآيند تابش‌دهي با ليزر دو‌پالسي (DPLA)، در شرايط انرژي تابشي يكسان با فرآيند تك‌پالس، سبب ماده‌برداري با آهنگ بيشتر از سطح ويفر سيليكن شده و توليد كلوئيدهاي از نانوذرات سيليكن با اندازه‌هاي غالبا كمتر از 10 نانومتر و مشخصات سطحي متفاوت را به همراه داشته است. براي نانوذرات كلوئيدي سيليكن در آب، نتايج تجربي بدست آمده نشان مي‌دهد كه فرآيند DPLA از طريق تغيير مشخصات مرتبط با اكسيد در سطح نانوذرات سيليكن، سبب توليد كلوئيدهايي با تابش‌هاي نسبتا شديدتر در ناحيه سبز- قرمز از طيف مرئي (بازه طول موجي650-550 نانومتر) شده است. بررسي اين نتايج با استفاده از مدل‌هاي نظري حاكي از وجود يك رقابت بين سازوكارهاي اثر محصور شدن كوانتومي و حالت‌هاي اكسيد سطحي در خواص تابشي مشاهده شده از نانوذرات سيليكن در محيط آب است. همچنين براي نانوذرات سيليكن توليد شده در اتانول با فرآيند DPLA در زمان‌هاي تاخيري مختلف، گسيل طيف‌هاي فوتولومينسانس با شدت‌هاي تابشي متفاوتي در محدوده طول موجي 600-300 نانومتر مشاهده شده است. تجزيه و تحليل اين نتايج بيانگر آن است كه طيف‌هاي فوتولومينسانس مشاهده شده ناشي از پراكندگي رامان در اتانول مي‌باشد كه در اثر حضور نانوذرات سيليكن، با مشخصات سطحي متفاوتِ مرتبط با تركيبات هيدروكسيل، شدت آن افزايش يافته است. در اين مورد، با تهيه فيلم‌هاي نازك از نانوذرات سيليكن و حذف سهم مربوط به پراكندگي رامان اتانول، طيف‌هاي تابشي با بيشنه‌هاي واقع در محدوده طول موجي 550-350 نانومتر ناشي از پديده محصور شدن كوانتومي مشاهده شده است.

189868

دانشگاه علم و صنعت ايران

اتمي و مولكولي

دكتر محمد حسين مهديه