Оптические свойства и строения оксидных стёкол окрашенных наноразмерными частицами

Методами спектроскопии изучают уровни энергии атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем, а также квантовые переходы между уровнями энергии,

Оптические свойства и строения оксидных стёкол окрашенных наноразмерными частицами

Дипломная работа

Физика

Другие дипломы по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией
сти образца стекла № 3 с серебром, сделанный на растровом электронном микроскопе (увеличение 25000 раз)

 

Выше приведённые фотографии на рисунках 1, 2, 3 и 4 свидетельствует о том, что при процессе тепловой наводке в восстановительной среде в приповерхностном слое стекла образовались наночастицы.

 

Рисунок 5 - Снимок скола образца стекла №1 с серебром

 

Анализируя рисунок 5, мы можем приблизительно оценить среднюю толщину полученной пленки, которая равняется 10-20 мкм. Также концентрация серебра в пленке в 10-20 раз больше чем в остальном стекле. Это свидетельствует о том, что при процессе тепловой наводке в восстановительной среде ионы серебра объединяются в атомы и стремятся к поверхности стекла с целью понижения общей энергии системы.

 

4.5 Спектры пропускания наночастиц серебра и меди на поверхности боросиликатных стекол в ближней ИК области

 

Для снятия спектров пропускания был использована экспериментальная установка для снятия спектров пропускания. Спектральный диапазон измерений 800-4000 нм (инфракрасный спектр длин волн). Использовались образцы стекол №2 и №3 с медью (восстановленные и не восстановленные) и образцы стёкол №2 и №3 с серебром (восстановленные). На рисунке 6 представлен спектр пропускания образца №3 с серебром (восстановленного), на рисунке 7 спектр пропускания образца №2 с серебром (восстановленного). Ниже на рисунках 8 и 9 представлены спектры пропускания образца №3 с медью (восстановленного и не восстановленного), на рисунках 10, 11 спектры пропускания образца №2 с медью (восстановленного и не восстановленного).

 

Рисунок 6 - Образец №3 с серебром (восстановленный)

 

Рисунок 7 - Образец №2 с серебром (восстановленный)

 

Рисунок 8 - Образец №3 с медью (восстановленный)

 

Рисунок 9 - Образец №3 с медью

 

Рисунок 10 - Образец №2 с медью

 

Рисунок 11 - Образец №2 с медью (восстановленный)

 

На всех рисунках видно, что начиная с 2800 нм идёт резкое падение пропускание это связано с присутствием ОН-групп. Начиная с 4000 нм, пропускание приближается к нулю в связи с тем, что сама матрица боратного стекла начинает поглощать. При сравнении рисунков 8 и 9 видно, что восстановленный образец стекла №3 с медью пропускает с меньшей интенсивностью.

 

4.6 Спектры поглощения наночастиц серебра и меди на поверхности боросиликатных стекол ближнем УФ и видимом диапазоне длин волн

 

Для снятия спектров поглощения использовался спектрофотометр СФ-спектрофотометр работает под управлением внешней ЭВМ. Принцип действия спектрофотометра основан на измерении отношения двух световых потоков: прошедшего через исследуемый образец к прошедшему через образец сравнения. Монохроматическое излучение, выходящее из монохроматора, разделяется на два канала (канал образца и канал сравнения) с помощью зеркального модулятора и направляется в кюветное отделение, затем потоки излучения из обоих каналов поочерёдно направляются на приёмник излучения, преобразуются в числовые коды и обрабатываются с помощью микропроцессора или внешней ЭВМ. Вывод результатов измерений производится на монитор и печатающее устройство. В качестве источников излучения для спектрофотометра используется дейтериевая лампа (ДДС-30М) - для работы в области спектра от 190 до 340 нм и галогенная лампа (КГМ12-10) - для работы в области спектра от 340 до 1100 нм. Смена источников излучения производится автоматически.

Спектральный диапазон измерений 190-1100 нм (ближний УФ и видимый спектр длин волн).

В литературных источниках имеются данные о спектрах поглощения, интересующих нас наночастиц. В литературе описываются спектры поглощения с резонансами частот для серебра от 390 нм до 520, для меди - от 370 до 590 нм. На рисунках 12 и 13 представлены спектры поглощения серебра и меди, взятые из различных источников.

 

Рисунок 12 - Спектр поглощения стекла, содержащего коллоидное серебро (Дж. Шелби, 2006 г.)

 

Рисунок 13 - Оптическое поглощение Al2O3 с наночастицми серебра, меди, золота (Плаксин О.А., Глотов А.И., Гулевич А.В. и др., 2008г.

 

Нами были сняты спектры поглощения для 12 образцов. У всех восстановленных образцов обнаружена полоса плазмонного резонанса. Однако он зачастую сильно уширен. Мы предполагаем, что это происходит из-за присутствия наночастиц различного размера, формы, различного расстояния между наночастицами.

Для восстановленного образца №1 (рисунок 14) с серебром пик плазмонного резонанса приходится 430 нм, что характерно для наночастиц серебра.

 

Рисунок 14 - Образец №1 с серебром (восстановленный)

 

Для восстановленного образца с серебром №5 (рисунок 15) максимум полосы плазмонного резонанса приходится на длины волн 440-490 нм, что характерно для наночастиц серебра. Полоса слабо выражена и сильно уширена.

 

Рисунок 15 - Образец №5 с серебром (восстановленный)

 

Для восстановленного образца с серебром №3 (рисунок 16) максимум плазменного резонанса приходится на 430 нм, что типично для наночастиц серебра.

 

Рисунок 16 - Состав №3 с серебром (восстановленный)

 

Пик плазмонного резонанса восстановленного образца №4 (рисунок 17) с серебром приходится приходится на 480 нм, что типично для наночастиц серебра.

 

Рисунок 17 - Образец №4 с серебром (восстановленный)

 

Не восстановленный образец №4 с серебром (рисунок 18) ведёт себя как обычная матрица боратного стекла. Маленький всплеск на длине волны равной 390 нм предположительно связан со сменой источников излучения примерно в этом диапазоне волн.

 

Рисунок 18 - Образец №4 с серебром

Для образца с серебром №2 также видна разница восстановленного и не восстановленного состояния. Максимум плазменного резонанса у восстановленного образца с серебром №2 (рисунок 19) приходится на промежуток длин волн от 420 до 470 нм.

 

Рисунок 19 - Образец №2 с серебром (восстановленный)

 

Не восстановленный образец №2 (рисунок 20) с серебром ведёт себя так же как обычная матрица боратного стекла. Незначительный всплеск на длине волны равной 380 нм предположительно связан со сменой источников излучения примерно в этом диапазоне волн.

 

Рисунок 20 - Образец №2 с серебром

 

Для восстановленного образца №3 с медью (рисунок 21) пик плазменного резонанса приходится на 560 нм, что является характерным для наночастиц меди.

 

Рисунок 21 - Образец №3 с медью (восстановленный)

 

Разница зависимости оптических плотностей восстановленного и не восстановленного образца №2 с медью (рисунок 22) даёт возможность судить о длине волны плазменного резонанса, находящегося на 575 нм, который так же характерен для наночастиц меди.

 

Рисунок 22 - Разница зависимости оптических плотностей восстановленного и не восстановленного образца №2 с медью.

 

Заключение

 

В результате проведенной работы была достигнута поставленная цель - исследованы оптические свойства и строение, синтезированных нами боратных и боросиликатных легкоплавких стёкол содержащих наноразмерные частицы серебра и меди.

В процессе выполнения работы были решены следующие задачи:

) изготовлены плоскопараллельные полированные пластины из синтезированных стёкол в количестве 26 штук;

) отработана методика создания наночастиц металлов серебра и меди в приповерхностном слое пластины;

) получены электронные фотографии наночастиц металлов в стекле;

) проведены измерения спектров поглощения и пропускания в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

Исходя из результатов проделанной работы, были сделаны следующие выводы:

) в результате тепловой обработки при температуре равной 430-450 єС продолжительностью 1-3 часа в восстановительной среде в составах №1, №2, №3, №5 появляются полосы поглощения, типичные для плазмонного резонанса наночастиц серебра в стекле;

) аналогичная тепловая обработка составов №2, №3 с медью приводит к появлению полос поглощения, характерных для полос плазмонного резонанса наночастиц меди в стекле;

) на основании первых двух результатов мы делаем вывод, что на электронные фотографиях восстановленных образцов №1, №2, №3, №5 с серебром изображены наночастицы серебра, на электронных фотографиях восстановленных образцов №2, №3 с медью изображены наночастицы меди.

Список использованных источников

 

1.Логунов А.Е. Оптические методы исследования металлических наночастиц на поверхности прозрачных диэлектриков: автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-технических наук: 08.12.09/А.Е. Логунов; Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики. - Санкт-Петербург, 2009. - 22 с.

2.Оптические методы создания, исследования и модификации металлических наноструктур на поверхности прозрачных диэлектрических материалов / Бонч-Бруевич А.М., Вартанян Т.А., Леонов Н.Б. и др. // Оптический журнал. - 2005. - № 12. - С.3 - 12.

.Оксидные стёкла 3d и 4f элементами, прозрачные магнетики: структура, магнитооптика, магнитный / И.С. Эдельман, Р.Д. Иванцов, О.С. Иванова и др. // Известия РАН. Сер. Физическая. - 2010. - № 1. - С.1471-1473.

.Аппен А.А. Химия стекла / А.А. Аппен. - Санкт-Петербург: Химия, 1983. - 350 с.

.Шелби Дж. Стру

Лучшие

Похожие работы

<< < 2 3 4 5 6 7 >