ذرات و ساختارهای نانو برای دانشمندان بسیار جذاب هستند و از روشهای مختلف میکروسکوپ الکترونی برای مشاهده آنها استفاده میکنند. با استفاده از مشاهده کردن نمی توان ویژگی های شیمیایی، ساختاری و نوری این مواد را توصیف نمود. اما روش های طیف سنجی به وسیله فرابنفش مرئی روش های مناسب برای تشخیص ذرات و ویژگیهای نانوساختارهای فلزی می باشند که در این مقاله در مورد آنها صحبت می کنیم.
منظور از طیف سنجی چیست؟
طیف سنجی مطالعه ی کنش بین تابش الکترومغناطیسی با ماده است و آن را میتوان بر اساس فرکانس در هشت دستت دسته بندی نموده. این دسته بندی ها شامل گاما، اشعه ایکس، اشعه فرابنفش، نور مرئی، اشعه مادون قرمز، تراهرتز، اشعه مایکروویو و امواج رادیویی است. هر یک از این طیف ها به طرق مختلفی با ماده اندرکنش دارند. واکنش ها تنها در صورتی میتواند منجر به تکنیک های طیفسنجی شود که یکی از خصوصیات کلیدی موج مانند انرژی، سرعت، دامنه، فرکانس، زاویه فاز، قطبش و جهت انتشار آنها در هنگام هم در هم کنش با ماده دچار تغییر و تحول شود.
طیف سنجی را می توان بر اساس شرایط انتقال انرژی در دو دسته طبقه بندی نمود دسته اول انتقال انرژی موثر بین فوتون و مواد می باشد انتقال موثر انرژی بین فوتون و ماده وجود ندارد.اما زاویه فاز،دامنه، قطب و جهت انتشار موج تغییر می کند. این تغییرات در اثر پراکندگی یا پراش ایجاد می شوند. طیف سنجی فرابنفش مرئی شامل منبع نور، موازی سازی، مونوکروماتور، یک انتخاب کننده، طول موج، محل قرار گیری نمونه، آشکارسازی و صفحه نمایش دیجیتال می باشد.
عملکرد طیف سنج فرابنفش مرئی چگونه است؟
عملکرد طیف سنجی فرابنفش مرئی به این صورت است که ابتدا منبع نور بدون اینکه وارد نمونه شود به سمت آشکارساز هدایت میگردد سپس نمونه در دستگاه قرار می گیرد و این بار منبع نور با ماده وارد اندرکنش میشود در اثر تابش نور الکترون ها به ربیتال مولکولی بالاتر برانگیخته میشود و این باعث جذب انرژی می گردد.
پس از جذب انرژی نیز طول موج دچار تغییر می شود و در مرحله بعد آشکارساز نسبت بین پرتو نمونه و مرجع را ثبت میکند. هنگامی که نمونه انرژی را جذب می کند شدت انتقال پرتو نمونه از پرتو مرجع کمتر است. خروجی اصلی طیف سنج فرابنفش مرئی، طیف جذبی میباشد.
بررسی تشکیل نانو ساختار های فلزی با روش طیف سنجی
فرابنفش مرئی در فلزات نجیب همچون طلا، پالادیم و پلاتین وجود دارد. زمانیکه اندازه ذرات به مقدار نانومتری برسد یک جذب قوی در ناحیه طیف مرئی آنها رخ می دهد که منشا آن نوسان الکترون ها در نوار هدایت از سطح یک ذره به سطح ذره دیگر است. این نوسان که یک جذب قوی در ناحیه مرئی ناحیه بین ۳۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر ایجاد می کنند. و جذب پلاسمون سطحی میشود. به طور مثال مخلوط آب و نمک معدنی طلا یا همان محلول هیدروژن تتراکلرواورات یک محلول به رنگ زرد روشن در طول موج تقریبی ۳۰۰ نانومتر در محدوده فرابنفش نمایش داده میشود.
اضافه کردن برخی مواد مثل مواد کاهنده به این محلول کلوئید می شود. کلوئید نانوذرات طلا تشکیل می شود. بنابراین با جذب نور کلوئید نانو ذرات هم تغییر می کند. بعد از تشکیل کلوئید نانو ذرات طلا یک پیک در طول موج حدود ۵۵۰ نانومتر روی منحنی ایجاد می گردد. بنابراین با استفاده از روش طیف سنجی فرابنفش مرئی می توان نحوه تشکیل شدن ذرات و نانو ساختارهای فلزی و اندازه تقریبی آن را معین نمود.
بررسی اندازه نانو ساختار های فلزی با روش طیف سنجی فرابنفش مرئی
با تغییر اندازه نانوذرات فلزی تعداد اتم های سطحی هم تغییر میکند اگر نانوذرات فلزی کوچک تر باشد درصد اتم های سطحی افزایش پیدا میکند از ویژگی های اتم های سطحی می توان به اینکه عدد همسایگی در این اتم ها با عدد همسایگی در اتم های موجود در توده ماده متفاوت است اشاره نمود.
اگر این عدد همسایگی اتم های سطحی کمتر باشد بدین معنی است که اتم های سطحی الکترون های آزاد بیشتری دارند. که این الکترون ها قادر هستند در طول موج به سادگی تغییر کنندو نوسان داشته باشند. همین مسئله باعث میشود تا در سطح نانوذرات فلزی پدیده پلاسمون ثبت شده که در قسمت بالا به آن اشاره نمودیم.
بررسی شکل نانو ساختار های فلزی با روش طیف سنجی فرابنفش مرئی
نانو ساختارهای فلزی را در اشکال مختلفی وجود دارد در واقع اشکال نانو ساختارهای فلزی متفاوت میباشد در ابعاد نانومتری تفاوت دارند. شکل نانوساختارها روی مساحت ویژه و همچنین نسبت سطح به حجم تاثیر می گذارد. لذا تفاوت در شکل نانوساختارهای فلزی را میتوان با بررسیهای طیف سنجی فرابنفش مرئی هم تشخیص داد. در واقع طیف سنجی فرابنفش مرئی یکی از مهم ترین روش ها برای بررسی شکل نانو ساختار های فلزی است شکل های مختلف نانو ساختار های فلزی روی برخی خواص نوری آنها تاثیر می گذارد.
به طور مثال ساختار های کروی تنها در حوالی طول موج ۵۵۰ نانومتر جذب اصلی دارند در حالیکه نانو ساختار هایی که به شکل ستاره می باشند در طول موج ۱۰۷۰ نانومتر جذب اصلی دارند. استفاده از روش های طیف سنجی فرابنفش مرئی برای تشخیص اولیه ماده تولید شده در آزمایشگاه و همچنین شکل ماده و ماهیت ماده در کنار تصاویر میکروسکوپ الکترونی اهمیت بسزایی دارد. در واقع میکروسکوپ الکترونی امکان تشخیص ذرات ویژگی های نانوساختارهای فلزی را دارد. اما با روش طیف سنج فرابنفش مرئی می توان شکل، ذرات تشکیل دهنده، ویژگی ها و مواد موجود در نانو ساختار های فلزی را تشخیص داد و شناسایی نمود.
ثبت ديدگاه