प्लास्मोन अनुनाद. अंतर्राष्ट्रीय छात्र वैज्ञानिक बुलेटिन नैनोकणों में बिखरने और अवशोषण की स्थानीयकृत प्रतिध्वनि

ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी जैव अणुओं के भौतिक रासायनिक विश्लेषण के सबसे पुराने तरीकों में से एक है। हालाँकि, इसकी कम संवेदनशीलता और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन कम प्रोटीन सांद्रता वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करने की अनुमति नहीं देते हैं। बर्कले के वैज्ञानिकों ने बायोफिजिकल और बायोकेमिकल अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले एक अन्य सिद्धांत के साथ संयोजन करके ऑप्टिकल विधि के "जीवन का विस्तार" करने में कामयाबी हासिल की - प्लास्मोन प्रतिध्वनि. यह पता चला कि विशिष्ट "डिप्स" एक कोशिका में पेश किए गए सोने के नैनोकणों के लोचदार बिखरने वाले स्पेक्ट्रम में दिखाई दे सकते हैं, जो उन आवृत्तियों के अनुरूप है जिस पर कुछ जैविक अणु (उदाहरण के लिए, मेटालोप्रोटीन) अवशोषित होते हैं। शोधकर्ता इसे प्रभाव कहते हैं प्लास्मोन अनुनाद ऊर्जा का स्थानांतरणऔर इसे सोने के कणों की उन पर अधिशोषित प्रोटीन अणुओं के साथ सीधी अंतःक्रिया द्वारा समझाइए। प्रस्तावित विधि में अभूतपूर्व संवेदनशीलता है: इसका उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि यदि एकल प्रोटीन अणु नहीं हैं, तो कम से कम उनके दसियों.

ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमेट्री आपको उन प्रोटीनों का अध्ययन करने की अनुमति देती है जिनमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण की दृश्यमान सीमा में ऑप्टिकल घनत्व होता है (क्रोमोप्रोटीन)निश्चित रूप से प्रकाश अवशोषण को मापकर ( "विशेषता"विशिष्ट अणुओं के लिए) तरंग दैर्ध्य। हालाँकि, ऐसे मापों के लिए प्रोटीन की उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, और इस विधि का स्थानिक रिज़ॉल्यूशन बहुत कम है (आमतौर पर स्पेक्ट्रोमेट्रिक क्यूवेट्स में स्थित अणुओं के समाधान का अध्ययन किया जाता है, और इस बात का कोई सवाल ही नहीं है कि अध्ययन किए जा रहे अणु कोशिका में वास्तव में कहाँ हैं) स्थित है)। माप-आधारित विधियाँ अधिक संवेदनशील होती हैं रोशनी(कन्फोकल माइक्रोस्कोपी के साथ, वे एक जीवित कोशिका के अंदर अणुओं के स्थान को निर्धारित करना संभव बनाते हैं), लेकिन यहां विशेष लेबल अणुओं के साथ अध्ययन किए जा रहे अणुओं को संशोधित करना आवश्यक है, जो हमेशा वांछनीय या संभव नहीं होता है। जीव विज्ञान में अक्सर उपयोग की जाने वाली एक अन्य विधि, परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी में भी प्रोटीन की काफी बड़ी सांद्रता की आवश्यकता होती है और अक्सर किसी वस्तु की आइसोटोपिक लेबलिंग की आवश्यकता होती है जो जीवित प्रणालियों में जटिल होती है।

बर्कले के वैज्ञानिकों द्वारा प्रस्तावित पद्धति (पत्रिका में प्रकाशित लेख)। प्रकृति विधियाँ) जीवित कोशिकाओं में नियंत्रित आकार (20-30 एनएम) के नैनोस्कोपिक सोने के कणों की शुरूआत पर आधारित है। सोने या चांदी जैसी धातुओं से बने कणों की सतह पर इलेक्ट्रॉन एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ विकिरण के जवाब में सामूहिक रूप से दोलन करते हैं - एक घटना जिसे कहा जाता है प्लास्मोन प्रतिध्वनि(साइडबार देखें)। इन नैनोकणों की गुंजयमान आवृत्तियों को जैविक अणुओं से कमजोर (बहुत कम सांद्रता के कारण) ऑप्टिकल सिग्नल की तुलना में पंजीकृत करना बहुत आसान है, जिससे माप करना संभव हो जाता है।

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चिन्ता की बात नहीं है।
बी.जी.

साहित्य

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, पोलरिटॉन, प्लास्मोन, नैनोफोटोनिक्स परिभाषा प्लास्मोन अनुनाद (नैनो आकार की धातु संरचनाओं के मामले में - स्थानीयकृत प्लास्मोन अनुनाद) एक बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंग द्वारा इसकी गुंजयमान आवृत्ति पर सतह प्लास्मोन का उत्तेजना है। विवरण

सतह प्लास्मोन का धातु से सटे वातावरण में विद्युत चुम्बकीय विकिरण से सीधा संबंध नहीं है, क्योंकि इसकी गति प्रकाश की गति से कम है। एक तकनीक जो प्रकाशिकी में सतह प्लास्मोंस के उपयोग की अनुमति देती है वह कुल आंतरिक प्रतिबिंब के उपयोग पर आधारित है। पूर्ण आंतरिक परावर्तन में, एक विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रकाश-परावर्तक सतह के साथ फैलती है, जिसकी गति प्रकाश की गति से कम होती है और घटना के कोण पर निर्भर करती है। यदि, आपतन के एक निश्चित कोण पर, इस तरंग की गति धातु की सतह पर सतह प्लास्मोन की गति के साथ मेल खाती है, तो कुल आंतरिक प्रतिबिंब की शर्तों का उल्लंघन किया जाएगा, और प्रतिबिंब पूरा होना बंद हो जाएगा, और एक सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि उत्पन्न होगी।

नैनोसाइज्ड धातु प्रणालियों में, सामूहिक इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजनाओं का संशोधन होता है। धातु के नैनोकणों का सामूहिक इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना, जिसका आकार पर्यावरण में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य से छोटा है - स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन - लगभग 3 के कारक द्वारा बल्क प्लास्मोन की आवृत्ति से कम आवृत्ति पर दोलन करता है, जबकि सतह प्लास्मोन की आवृत्ति बल्क प्लास्मोन प्लास्मोन की आवृत्ति से लगभग 2 गुना कम है। सिस्टम के छोटे आकार के कारण, बाहरी वातावरण में उत्तेजना और विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रसार की गति की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, ताकि स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन सीधे विकिरण से जुड़े हों। जब बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन की आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो एक प्रतिध्वनि उत्पन्न होती है, जिससे कण की सतह पर क्षेत्र में तेज वृद्धि होती है और अवशोषण क्रॉस सेक्शन में वृद्धि होती है।

स्थानीय प्लास्मोंस के गुण गंभीर रूप से नैनोकणों के आकार पर निर्भर करते हैं, जो प्रकाश या प्राथमिक क्वांटम प्रणालियों के साथ प्रभावी बातचीत के लिए उनके अनुनादों की प्रणाली को ट्यून करना संभव बनाता है।

वर्तमान में, रासायनिक और जैविक सेंसर के निर्माण में सतह प्लास्मोन अनुनाद की घटना का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जैविक वस्तुओं (डीएनए, वायरस, एंटीबॉडी) के संपर्क में आने पर, प्लास्मोनिक नैनोस्ट्रक्चर प्रतिदीप्ति संकेतों की तीव्रता को परिमाण के एक क्रम से अधिक बढ़ाना संभव बनाते हैं, अर्थात। जैविक वस्तुओं का पता लगाने, पहचानने और निदान करने की क्षमताओं में उल्लेखनीय रूप से विस्तार हुआ है।

• नैमुशिना डारिया अनातोल्येवना

लिंक

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चित्र टैग अनुभाग नैनो संरचनाओं और नैनो सामग्रियों के निदान और अनुसंधान के तरीके
विज्ञान

नैनोटेक्नोलॉजीज का विश्वकोश शब्दकोश। - रुस्नानो. 2010 .

देखें अन्य शब्दकोशों में "प्लास्मोन अनुनाद" क्या है:

अंग्रेज़ी प्लास्मोन प्रतिध्वनि) एक बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंग द्वारा इसकी अनुनाद आवृत्ति पर सतह प्लास्मोन का उत्तेजना (नैनो-आकार की धातु संरचनाओं के मामले में स्थानीयकृत प्लास्मोन अनुनाद कहा जाता है)। विवरण तकनीकी...विकिपीडिया

शब्द नैनोफार्माकोलॉजी अंग्रेजी में शब्द नैनोफार्माकोलॉजी समानार्थी संक्षिप्त रूप संबंधित शब्द आसंजन, जीन वितरण, एंटीबॉडी, बैक्टीरियोफेज, प्रोटीन, जैविक झिल्ली, हाइपरथर्मिया, डीएनए, कैप्सिड, क्वांटम डॉट, किनेसिन, सेल... नैनोटेक्नोलॉजी का विश्वकोश शब्दकोश

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आणविक आकार के नैनोगियर्स नैनोटेक्नोलॉजी मौलिक और व्यावहारिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी का एक अंतःविषय क्षेत्र है, जो सैद्धांतिक औचित्य, अनुसंधान, विश्लेषण और संश्लेषण के व्यावहारिक तरीकों के संयोजन के साथ-साथ ... विकिपीडिया से निपटता है।

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भौतिकी में, प्लास्मोन एक क्वासिपार्टिकल है जो प्लाज्मा दोलनों के परिमाणीकरण के अनुरूप है, जो एक मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस के सामूहिक दोलन हैं। सामग्री 1 स्पष्टीकरण 2 संभावित उपयोग... विकिपीडिया

भौतिकी में, प्लास्मोन एक क्वासिपार्टिकल है जो प्लाज्मा दोलनों के परिमाणीकरण के अनुरूप है, जो एक मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस के सामूहिक दोलन हैं। स्पष्टीकरण प्लास्मोंस धातुओं के ऑप्टिकल गुणों में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। आवृत्ति के साथ प्रकाश... विकिपीडिया

सोना- (सोना) सोना एक बहुमूल्य धातु है सोना: लागत, नमूने, दर, खरीद, सोने की किस्में सामग्री >>>>>>>>>>>>>>>>> सोना है, परिभाषा... निवेशक विश्वकोश

1. नैनोकण क्या हैं?
2. नैनोमीटर पैमाने पर होने वाली ऑप्टिकल प्रक्रियाओं की विशेषताएं
3. अर्धचालक कणों के वर्णक्रमीय गुण
4. धातु कणों के वर्णक्रमीय गुण
5. हाइब्रिड नैनोकण और उनके वर्णक्रमीय गुण

प्रयुक्त शब्द

• विभेदक प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन - प्रति इकाई ठोस कोण पर प्रति इकाई समय में बिखरे कणों की संख्या के अनुपात के बराबर भौतिक मात्राडीΩ , आपतित कणों के प्रवाह घनत्व के लिए
• कुल प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन – पूर्ण ठोस कोण पर एकीकृत अंतर प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन है
• अवशोषण दर – उस दूरी का व्युत्क्रम जिस पर माध्यम में अवशोषण के परिणामस्वरूप समानांतर किरण बनाने वाले मोनोक्रोमैटिक विकिरण का प्रवाह कम हो जाता हैइ एक बार

क्या हुआ है नैनोकणों?

नैनोकणों का तात्पर्य कुछ नैनोमीटर से लेकर कई सौ नैनोमीटर तक के आकार की वस्तुओं से है। एक नियम के रूप में, ये या तो नैनोमीटर-स्केल क्रिस्टल हैं ( नेनो क्रिस्टल), या बड़े अणु

1 - फुलरीन सी 60; 2 - सिंगल-लेयर सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट; 3 - "कोर-शेल" प्रकार का क्वांटम डॉट; 4 - सोने के नैनोकणों की टीईएम छवि; 5 - चांदी के नैनोकणों की टीईएम छवि।

क्वांटम डॉट्स

हम मुख्य रूप से नैनोकणों के विशेष मामले पर विचार करेंगे - क्वांटम डॉट्स. क्वांटम डॉट एक क्रिस्टल है जिसमें आवेश वाहकों (इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों) की गति तीनों आयामों में सीमित होती है। एक क्वांटम बिंदु सैकड़ों परमाणुओं से बना होता है!

वर्तमान में, रसायनज्ञ विभिन्न प्रकार की रचनाओं के क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। सबसे आम क्वांटम डॉट्स कैडमियम आधारित होते हैं (उदाहरण के लिए) सीडीएसई)।

• नैनोओप्टिक्सनैनोमीटर पैमाने पर स्थानीयकृत प्रकाश क्षेत्र बनाने के भौतिक गुणों, संरचना और तरीकों का अध्ययन करता है।
• पारंपरिक प्रकाशिकी और लेजर भौतिकी सुदूर (लहर) क्षेत्र में हल्के क्षेत्रों से निपटें आर" λ.
• ऑप्टिकल रेंज की विशिष्टताएँ- द्विध्रुवीय सन्निकटन उत्सर्जक का आकार ए" λ → एक ~0.1-1 एनएम; λ ~0.2 - 1 µm (यूवी - आईआर)।
• निकट क्षेत्र प्रकाशिकी (सबवेवलेंथ ऑप्टिक्स) स्रोत से दूरी पर स्थित क्षेत्रों से संबंधित है (वस्तु)आर" λ (कई एनएम तक नीचे).
• ऐसी स्थितियों में, सामान्य (प्रसारित) तरंगों के अलावा, स्थानीयकृत (अस्थिर) तरंगों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए! विचार करते समय यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है कण समुच्चय !

निकट-क्षेत्रीय अंतःक्रिया को ध्यान में रखने से क्षेत्रों के व्यवहार में गुणात्मक परिवर्तन होता है

स्थानीय क्षेत्रों के प्रभाव को ध्यान में रखने से प्रकाश के प्रसार की संभावना पैदा होती है जिसका ध्रुवीकरण प्रसार की दिशा में निर्देशित होता है। ऐसी तरंगों (जिन्हें अनुदैर्ध्य कहा जाता है) को पारंपरिक प्रकाशिकी में ध्यान में नहीं रखा जाता है। हालाँकि, नैनोमीटर आकार की वस्तुओं के साथ काम करते समय, ऐसी तरंगों की तीव्रता पारंपरिक (अनुप्रस्थ) विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तीव्रता से अधिक हो सकती है।

सबसे सरल नैनोफोटोनिक विभाजक

बाएं:दिशा में ध्रुवीकरण एक्स, साथ में लहर प्रसार

दायी ओर:दिशा में ध्रुवीकरण हाँ, आर-पार लहर प्रसार

नैनोमीटर पैमाने पर होने वाली ऑप्टिकल प्रक्रियाओं की विशेषताएं

• स्थानीयकृत क्षेत्रों के प्रभाव को ध्यान में रखा जाना चाहिए
• नैनोसंरचनाओं के पास विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र मुक्त स्थान और थोक सामग्रियों के क्षेत्रों से काफी भिन्न होते हैं
• ये परिस्थितियाँ विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं जब नैनोसंरचनाओं की सीमाओं के निकट होने वाले प्रभावों पर विचार किया जाता है, साथ ही निकट स्थित नैनोकणों की परस्पर क्रिया के दौरान भी
• स्थानीय क्षेत्र अंतरिक्ष के सीमित हिस्सों में मौजूद हैं, लेकिन ऐसे क्षेत्रों की तीव्रता महत्वपूर्ण हो सकती है, जिससे गैर-रेखीय ऑप्टिकल घटना की घटना हो सकती है।
• यदि अध्ययन के तहत नैनोऑब्जेक्ट्स का आकार 10 एनएम से कम है, तो क्वांटम प्रभाव एक भूमिका निभाना शुरू कर सकते हैं, जिससे ढांकता हुआ स्थिरांक की अवधारणा अनुपयुक्त हो जाएगी।

अर्धचालक नैनोकणों के वर्णक्रमीय गुण

• एक थोक सामग्री में, एक इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में किसी भी खाली स्थान पर कब्जा कर सकता है। जब एक इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में लौटता है तो उत्सर्जित फोटॉन का स्पेक्ट्रम निरंतर होता है।
• क्वांटम डॉट में, चालन बैंड के निचले भाग में स्थानिक रूप से सीमित कमी होती है और वैलेंस बैंड के शीर्ष में वृद्धि होती है। क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के कारण, इलेक्ट्रॉन के अनुमेय ऊर्जा स्तर एक अलग स्पेक्ट्रम बनाते हैं।

क्वांटम बिंदु में ऊर्जा का स्तर

इलेक्ट्रॉन और छिद्र का ऊर्जा स्तर क्वांटम बिंदु की चौड़ाई के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है! क्वांटम डॉट्स के विभिन्न आकार और आकार चुनकर, आप उन्हें प्रकाश उत्सर्जित या अवशोषित कर सकते हैं दी गई तरंगदैर्घ्य. यह उपयोग करने की अनुमति देता है वही सामग्री, लेकिन विभिन्न आकार और आकृतियाँ, किसी दिए गए वर्णक्रमीय सीमा में उत्सर्जित होने वाले प्रकाश स्रोत बनाते हैं!

क्वांटम डॉट्स का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा

कोर त्रिज्या पर l = 470 एनएम के साथ प्रकाश से विकिरणित CdSe/ZnS कोर-शेल क्वांटम डॉट्स की प्रतिदीप्ति की निर्भरता।

GaAs मैट्रिक्स में रखे गए In(Ga)As क्वांटम डॉट्स का सामान्यीकृत उत्सर्जन स्पेक्ट्रा।

अर्धचालक नैनोकणों के मामले में, धातु कणों के वर्णक्रमीय गुण उनके आकार और आकार पर काफी निर्भर करते हैं। हालाँकि, अर्धचालकों के विपरीत, धातुओं के मामले में यह घटना मुख्य रूप से उत्तेजना से जुड़ी होती है plasmons . जब प्रकाश इलेक्ट्रॉनों के साथ संपर्क करता है, जो पूरे धातु में स्वतंत्र रूप से घूम सकता है, तो क्रिस्टल जाली में आयनों की स्थिति के सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों की स्थिति प्लाज्मा आवृत्ति ωp के साथ दोलन करना शुरू कर देती है। प्लाज्मा दोलनों के क्वांटा को कहा जाता है plasmons .

किसी धातु की सतह के साथ प्रकाश के संपर्क के मामले में, विद्युत चुम्बकीय तरंग केवल बहुत कम दूरी (चांदी और सोने के लिए 50 एनएम से कम) पर धातु में प्रवेश करती है, इसलिए कंपन में मुख्य योगदान निकट स्थित इलेक्ट्रॉनों द्वारा किया जाता है सतह। इनके सामूहिक स्पंदन कहलाते हैं सतही प्लास्मों का प्रसार . यदि मुक्त इलेक्ट्रॉन धातु की एक निश्चित सीमित मात्रा तक सीमित हैं (जो धातु नैनोकणों के मामले में है), तो कंपन स्थानीयकृत होते हैं, और उनके क्वांटा को कहा जाता है स्थानीयकृत सतह प्लास्मोंस .

प्लास्मोन अनुनाद

यदि क्रिस्टल के विभिन्न भागों में उत्तेजित प्लास्मोन दोलन रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करते हैं, तो घटना घटित होती है plasmonic गूंज . इस मामले में, विलुप्त होने का क्रॉस सेक्शन (अवशोषण + प्रकीर्णन) काफी बढ़ जाता है। स्पेक्ट्रम में शिखर की स्थिति, साथ ही इसका परिमाण, कण के आकार और उसके आकार पर काफी हद तक निर्भर करता है।

विभिन्न ऊर्जाओं वाले इलेक्ट्रॉनों की किरण के साथ एक नैनो-त्रिकोण के विकिरण से उत्साहित प्लास्मोन दोलन के तरीके। ऊर्जा के आधार पर, क्षेत्र मैक्सिमा कोनों में, चेहरों के केंद्रों के पास और त्रिभुज के केंद्र में दिखाई देता है

धातु नैनोकणों के स्पेक्ट्रा की उनके आकार और आकार पर निर्भरता

विभिन्न धातु नैनोकणों के लिए प्रकीर्णन स्पेक्ट्रा में अधिकतम: ए) सिल्वर नैनोप्रिज्म; बी) 100 एनएम आकार के सोने के मोती; ग) 50 एनएम आकार के सोने के मोती; घ) 100 एनएम आकार के चांदी के मोती; ई) 80 एनएम आकार के चांदी के मोती; च) 40 एनएम आकार के चांदी के मोती।

कण आकार पर चांदी के नैनोकणों के विलुप्त होने के स्पेक्ट्रम की निर्भरता।

धातु कणों के वर्णक्रमीय गुण

• धातु नैनोकणों के वर्णक्रमीय गुण स्थानीयकृत सतह प्लास्मों की प्रतिध्वनि की घटना से जुड़े हैं
• धातु नैनोकणों के विलुप्त होने वाले स्पेक्ट्रा की स्थिति, परिमाण और आकार नैनोकणों के आकार और आकार पर निर्भर करते हैं
• धातु नैनोकण के आकार और आकृति को अलग-अलग करके, हम यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि अधिकतम विलुप्त होने वाला क्रॉस सेक्शन वांछित वर्णक्रमीय सीमा में आता है
• इस संपत्ति का उपयोग करके, विभिन्न नैनोकणों द्वारा सौर स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों के अवशोषण के कारण सौर कोशिकाओं की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि करना संभव है

हाइब्रिड नैनोकण

हाइब्रिड नैनोकणों धातु और अर्धचालक जैसी विभिन्न सामग्रियों से मिलकर बनता है। चूंकि आकार घटने के साथ विभिन्न सामग्रियों के गुण अलग-अलग बदलते हैं, इसलिए हाइब्रिड नैनोकणों के ऑप्टिकल गुणों का वर्णन करते समय नैनोऑब्जेक्ट बनाने वाले विभिन्न घटकों के बीच बातचीत को ध्यान में रखना आवश्यक है।

आइए हम "कोर-शेल" प्रकार के धातु-कार्बनिक नैनोकणों के उदाहरण का उपयोग करके हाइब्रिड नैनोकणों के ऑप्टिकल गुणों पर विचार करें, जिसमें तथाकथित समुच्चय अवस्था में एक धातु कोर और एक डाई शेल शामिल है।

कोर (एजी और एयू) के अप्रभावित प्लास्मोन अनुनाद शिखर और डाई जे-एग्रीगेट शेल (टीसी, ओसी, पीआईसी) के एक्साइटन शिखर की सापेक्ष स्थिति

एजी/जे-एग्रीगेट और एयू/जे हाइब्रिड नैनोकणों का विशिष्ट प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा-इकाई

एजी/जे-एग्रीगेट हाइब्रिड नैनोकणों के फोटोअवशोषण स्पेक्ट्रा की प्रकृति की निर्भरता ( चरम स्थिति और तीव्रता) एक निश्चित कोर त्रिज्या पर डाई के बाहरी आवरण की मोटाई पर

शैल मोटाई: ℓ=2 एनएम (1); ℓ= 4 एनएम (2); ℓ= 6 एनएम (3); ℓ= 8 एनएम (4); ℓ= 10 एनएम (5); ℓ=12 एनएम (6). नैनोकण कोर की त्रिज्या नहीं बदलती: आर= 30 एनएम

हाइब्रिड नैनोकणों के ऑप्टिकल गुणों की उनके आकार पर निर्भरता

अध्ययन का उद्देश्य: धातु कोर (एजी, एयू) के साथ 2-परत गोलाकार नैनोकण, साइनाइन डाई के जे-एग्रीगेट के साथ लेपित।

ज्यामितीय मापदंडों पर एजी/जे-एग्रीगेट मिश्रित प्रणालियों के अवशोषण स्पेक्ट्रम की निर्भरता

संकर नैनोकणों के वर्णक्रमीय गुण

• हाइब्रिड कणों के वर्णक्रमीय गुण नैनोकण बनाने वाले घटकों के गुणों से काफी भिन्न होते हैं
• नैनोकण घटकों की परस्पर क्रिया से अवशोषण क्रॉस सेक्शन में चोटियों की स्थिति में बदलाव, नई चोटियों की उपस्थिति और अवशोषण क्रॉस सेक्शन के शिखर मूल्यों में भी बदलाव हो सकता है।
• अवशोषण क्रॉस सेक्शन में चोटियों की स्थिति और संख्या नैनोकण के आकार पर निर्भर करती है
• गैर-गोलाकार कणों के लिए, अवशोषण मैक्सिमा की स्थिति आपतित विकिरण के ध्रुवीकरण पर निर्भर करती है
• हाइब्रिड नैनोकणों के विभिन्न ज्यामितीय मापदंडों को चुनकर, अवशोषण शिखरों को वांछित वर्णक्रमीय क्षेत्र में स्थानांतरित करना संभव है, जो हाइब्रिड नैनोकणों के वर्णक्रमीय गुणों को नियंत्रित करने की संभावना को खोलता है।

निष्कर्ष

• नैनोकणों के ऑप्टिकल गुण थोक सामग्री के गुणों से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं
• लगभग सभी नैनोकणों के लिए, कणों के आकार और आकार में परिवर्तन के साथ वर्णक्रमीय विशेषताएं महत्वपूर्ण रूप से बदल जाती हैं
• नैनोकणों के ज्यामितीय मापदंडों को अलग-अलग करके, आवश्यक ऑप्टिकल गुणों को प्राप्त करना संभव है
• नैनोकणों के समुच्चय पर विचार करते समय, व्यक्तिगत कणों के बीच परस्पर क्रिया को ध्यान में रखना आवश्यक है
• हाइब्रिड नैनोकणों के वर्णक्रमीय गुण उन घटकों के गुणों से भिन्न होते हैं जिनसे वे बने होते हैं (संपूर्ण भागों के योग के बराबर नहीं है!)

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• वह। शेफ़र, नेनौसाइंस, स्प्रिंगर हीडलबर्ग डॉर्ड्रेक्ट लंदन न्यूयॉर्क, 2010
• सर्जियो जी रोड्रिगो, ऑप्टिकल गुण nanostructuredधातु का प्रणाली, स्प्रिंगर हीडलबर्ग डॉर्ड्रेक्ट लंदन न्यूयॉर्क, 2012

जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण धातु के नैनोकणों के साथ संपर्क करता है, तो कणों के मोबाइल चालन इलेक्ट्रॉन जाली के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए धातु आयनों के सापेक्ष विस्थापित हो जाते हैं। यह विस्थापन प्रकृति में सामूहिक होता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों की गति चरणबद्ध रूप से सुसंगत होती है। यदि कण का आकार आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा है, तो इलेक्ट्रॉनों की गति से द्विध्रुव की उपस्थिति होती है। परिणामस्वरूप, एक बल उत्पन्न होता है जो इलेक्ट्रॉनों को संतुलन स्थिति में लौटा देता है। पुनर्स्थापना बल का परिमाण विस्थापन के परिमाण के समानुपाती होता है, जैसा कि एक विशिष्ट थरथरानवाला के लिए होता है, इसलिए हम कण में इलेक्ट्रॉनों के सामूहिक दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति की उपस्थिति के बारे में बात कर सकते हैं। यदि आपतित प्रकाश के दोलनों की आवृत्ति किसी धातु कण की सतह के पास मुक्त इलेक्ट्रॉनों के दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो "इलेक्ट्रॉन प्लाज्मा" के दोलनों के आयाम में तेज वृद्धि देखी जाती है, जिसका क्वांटम एनालॉग है एक प्लास्मोन. इस घटना को सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस (एसपीआर) कहा जाता है। प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रम में एक शिखर दिखाई देता है। 10-100 एनएम के क्रम के आकार वाले उत्कृष्ट धातु कणों के लिए, एसपीआर स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र और निकट-अवरक्त रेंज में देखा जाता है। इसकी स्थिति और तीव्रता नैनोकणों के आकार और स्थानीय ढांकता हुआ वातावरण पर निर्भर करती है। 10-25 एनएम के व्यास वाले गोलाकार चांदी के नैनोकणों का अवशोषण शिखर 400-420 एनएम (छवि 1 ए) के करीब होता है, गोलाकार सोने के नैनोकणों - 520 एनएम, तांबे (आई) ऑक्साइड नैनोकणों - 450-700 एनएम।

नैनोरोड्स में अनिसोट्रोपिक समरूपता होती है, और इसलिए अवशोषण स्पेक्ट्रम में अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य प्लास्मोन के अनुरूप दो शिखर देखे जाते हैं। अनुप्रस्थ प्लास्मोन 400 एनएम पर अवशोषण शिखर देता है, और अनुदैर्ध्य 500-1000 एनएम की सीमा में दिखाई दे सकता है। अर्थात। वी

अवरक्त क्षेत्र के पास. इसकी स्थिति नैनोरोड के आयामी कारकों, अर्थात् लंबाई से चौड़ाई के अनुपात द्वारा निर्धारित होती है।

λ, एनएम

λ, एनएम

चित्र.1एचांदी के नैनोकणों का ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रम

चित्र.1बीछड़ के आकार के चांदी के नैनोकणों का ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रम

प्रायोगिक भाग प्रयोगशाला परिणामों का प्रसंस्करण और प्रस्तुति

रिपोर्ट प्रदान करनी होगी:

नैनोकणों के संश्लेषण के लिए प्रतिक्रिया की योजना और समीकरण

संश्लेषण के दौरान समाधान के रंग में परिवर्तन के रिकॉर्ड

परिणामी नैनोकणों के आकार और स्थिरता पर कम करने वाले एजेंट और/या स्टेबलाइज़र की एकाग्रता के प्रभाव (या प्रभाव की कमी) के रिकॉर्ड

नैनोकणों के समाधान का अवशोषण स्पेक्ट्रम

संश्लेषित घोल में नैनोकणों के आकार और आकार के बारे में निष्कर्ष

प्रयोगशाला कार्य संख्या 1 साइट्रेट विधि का उपयोग करके एजी नैनोकणों को प्राप्त करना

यह विधि 60-80 एनएम के व्यास के साथ अपेक्षाकृत बड़े चांदी के कण प्राप्त करने की अनुमति देती है। अवशोषण अधिकतम 420 एनएम.

अभिकर्मक और उपकरण

अभिकर्मक:सिल्वर नाइट्रेट AgNO 3 का 0.005M घोल, सोडियम साइट्रेट Na 3 C 6 H 5 O 7 ∙6H 2 O (1% घोल), आसुत जल।

उपकरण:स्केल, स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, 1 सेमी की ऑप्टिकल पथ लंबाई के साथ क्वार्ट्ज क्यूवेट, 200 मिलीलीटर फ्लास्क, 50 मिलीलीटर बीकर, गर्म स्टिरर, स्नातक सिलेंडर।

कार्य - आदेश

पानी में AgNO3 का 0.005M (0.085%) घोल तैयार करें। ऐसा करने के लिए, 50 मिलीलीटर आसुत जल में 0.0425 ग्राम पदार्थ घोलें।

तैयार घोल के 25 मिलीलीटर को एक फ्लास्क में डालें और 100 मिलीलीटर पानी डालें।

50 मिलीलीटर पानी में 0.5 ग्राम घोलकर 1% सोडियम साइट्रेट घोल तैयार करें।

परिणामी सिल्वर नाइट्रेट घोल के 125 मिलीलीटर को एक स्टिरर के साथ हॉटप्लेट पर उबालने के लिए गर्म करें।

जैसे ही घोल उबलने लगे, इसमें 5 मिलीलीटर 1% सोडियम साइट्रेट घोल मिलाएं।

घोल को तब तक गर्म करें जब तक रंग हल्का पीला न हो जाए।

घोल को स्टिरर चलाकर कमरे के तापमान तक ठंडा होने दें।

घोल की मात्रा, जो उबलने के कारण कम हो गई है, पानी के साथ 125 मिलीलीटर तक ले आएँ।

200 - 800 एनएम की सीमा में परिणामी कोलाइडल समाधान के अवशोषण स्पेक्ट्रम को रिकॉर्ड करें। पानी को संदर्भ समाधान के रूप में लें।

एक दिन या एक सप्ताह के बाद अवशोषण स्पेक्ट्रम लें। परिणामी स्पेक्ट्रा की तुलना करें। नैनोकणों की स्थिरता के बारे में क्या कहा जा सकता है? इस विधि का उपयोग करके प्राप्त नैनोकणों की स्थिरता कौन से कारक निर्धारित करते हैं? धातु नैनोकणों की स्थिरता बढ़ाने के लिए अन्य कौन सी विधियाँ ज्ञात हैं? प्रयोगशाला में सिल्वर नाइट्रेट के जलीय घोल को एक अंधेरे कंटेनर में क्यों संग्रहित किया जाता है?

प्राप्त चांदी के नैनोकणों के 5 मिलीलीटर घोल में 5 मिलीलीटर पतला एचसीएल बूंद-बूंद करके मिलाएं। एसिटिक अम्ल CH 3 COOH के साथ प्रयोग दोहराएँ। सिल्वर नैनोकणों के क्रमिक विघटन और हाइड्रोक्लोरिक एसिड मिलाने पर सफेद अवक्षेप बनने और एसिटिक एसिड मिलाने पर घोल का रंग बदलने का निरीक्षण करें। अपनी नोटबुक में निष्कर्ष, अवलोकन और प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।

स्टोइकियोमेट्रिक लिथियम डिसिलिकेट संरचना के ग्लास में चांदी के नैनोकणों की सतह प्लास्मोन अनुनाद

सिलिकेट रसायन विज्ञान संस्थान का नाम आई. वी. ग्रीबेन्शिकोव आरएएस के नाम पर रखा गया,

मकारोवा, सेंट पीटर्सबर्ग, 199034 रूस

ईमेल *****@***आरयू

नैनोकणों की सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि घटना प्रकाश की एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण और बिखरने की तीव्रता में तेज वृद्धि है, जो नैनोकणों की सतह पर इलेक्ट्रॉन गैस के दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति के साथ प्रतिध्वनित होती है। प्लास्मोन अनुनाद के पैरामीटर हैं: इसका परिमाण, स्पेक्ट्रम में स्थिति, बैंड की आधी चौड़ाई। वे नैनोकणों की सामग्री, आकार, साइज़ के साथ-साथ पर्यावरण की संरचना पर भी निर्भर करते हैं। एक अध्ययन किया गया, जिसमें फोटोस्ट्रक्चर्ड (फोटोसेंसिटिव) ग्लास के समान नमूनों पर चांदी की अशुद्धियों 0.03Ag (wt.%) को 100% से अधिक और सेरियम डाइऑक्साइड 0.05 CeO2 (wt.%) को 100% से अधिक मिलाया गया। , दोनों को अलग-अलग और एक साथ पेश किया गया, लिथियम डिसिलिकेट 33.5Li2O 66.5SiO2 (mol.%) की स्टोइकोमेट्रिक संरचना के ग्लास के क्रिस्टलीकरण और ऑप्टिकल गुणों का अध्ययन किया गया:

जब पराबैंगनी विकिरण और गर्मी उपचार के संपर्क में आते हैं, तो कम करने वाले आयन इलेक्ट्रॉनों को चांदी के आयनों में छोड़ देते हैं, जिससे वे परमाणु अवस्था में बदल जाते हैं। एक्स-रे विकिरण के लिए सेंसिटाइज़र की शुरूआत की आवश्यकता नहीं होती है। ऊंचे तापमान पर, चांदी के परमाणु नैनोकण बनाते हैं, जो लिथियम डिसिलिकेट के मुख्य गैर-धातु चरण के लिए क्रिस्टलीकरण केंद्र के रूप में काम करते हैं।

चूंकि लिथियम डिसिलिकेट क्रिस्टल के न्यूक्लियेशन की अधिकतम दर 460 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर देखी जाती है, इसलिए हमने चश्मे के ऑप्टिकल गुणों का अध्ययन करने के लिए इस तापमान को चुना। नमूनों को 3 घंटे के लिए 460 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर रखा गया था। चित्र 1 नमूनों के ऑप्टिकल घनत्व की निर्भरता को दर्शाता है, डी, मूल ग्लास 1 के लिए तरंग दैर्ध्य से (अशुद्धियों और विकिरण के बिना); चांदी और सेरियम डाइऑक्साइड 2 की अशुद्धियों के साथ; चांदी के मिश्रण के साथ 3. नमूने 2 और 3 को 10 मिनट के लिए विकिरणित किया गया। हीट ट्रीटमेंट मोड 460 डिग्री सेल्सियस 3 घंटे।

जैसा कि चित्र 1 से देखा जा सकता है, नमूना 1 के ऑप्टिकल घनत्व की निर्भरता में कोई अधिकतम सीमा नहीं है, यह धीरे-धीरे कम हो जाती है; सेरियम और चांदी के साथ नमूने के ऑप्टिकल घनत्व में दो मैक्सिमा हैं: पहला 310 एनएम की तरंग दैर्ध्य के लिए है, दूसरा λ = 425 एनएम पर है, और अंत में, चांदी के साथ नमूने के ऑप्टिकल घनत्व में केवल एक अधिकतम है λ = 425 एनएम. इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि तरंग दैर्ध्य λ = 310 एनएम पर अवशोषण बैंड ग्लास में सेरियम आयनों की उपस्थिति से जुड़ा है, और तरंग दैर्ध्य λ = 425 चांदी के नैनोकणों के प्लास्मोन प्रतिध्वनि से मेल खाता है।

कार्य से निष्कर्ष

एक व्यापक अध्ययन किया गया, जिसमें, लिथियम डिसिलिकेट 33.5Li2O 66.5SiO2 (mol.%) की स्टोइकोमेट्रिक संरचना के फोटोस्ट्रक्चर्ड (फोटोसेंसिटिव) ग्लास के समान नमूनों पर चांदी की एक फोटोसेंसिटिव अशुद्धता (0.03 wt.%) के साथ मिलाया गया। 100% से अधिक और सेरियम डाइऑक्साइड (100% से अधिक 0.05 wt.%), दोनों को अलग-अलग और एक साथ पेश किया गया, क्रिस्टलीकरण और ऑप्टिकल गुणों का अध्ययन किया गया। यह स्थापित किया गया है कि तरंग दैर्ध्य λ = 310 एनएम पर अवशोषण बैंड ग्लास में सेरियम आयनों की उपस्थिति से जुड़ा है, और तरंग दैर्ध्य λ = 425 चांदी के नैनोकणों के प्लास्मोन प्रतिध्वनि से मेल खाता है।

0.52 मिमी की नमूना गहराई के लिए चांदी के कणों पर लिथियम डिसिलिकेट के न्यूक्लियेशन की दर सजातीय न्यूक्लियेशन स्थितियों के तहत न्यूक्लियेशन की दर से 500 गुना अधिक है, जो फोटोस्ट्रक्चर सामग्री के रूप में इस संरचना के लिथियम सिलिकेट ग्लास का उपयोग करने की सिफारिश करना संभव बनाता है। प्रकाश-संवेदनशील चश्मों और फोटोसिटल्स का उत्पादन।

1. ए. लिथियम सिलिकेट फोटोसेंसिटिव ग्लास में क्रिस्टल न्यूक्लिएशन। लैप लैम्बर्ट अकादमिक प्रकाशन। आईएसबीएन: 978-3-8454-1285-6. 148पी. प्रोजेक्ट क्रमांक (24811). लैप लैम्बर्ट एकेडमिक पब्लिशिंग जीएमबीएच एंड कंपनी केजी डुडवेइलर लैंडस्ट्रेश 99, 66123 सारब्रुकन जर्मनी। 2011

2. ए., वी., ए., ए. फोटोस्ट्रक्चरेबल लिथियम सिलिकेट ग्लास में अनाकारीकरण और क्रिस्टलीकरण की प्रक्रियाओं पर सोने के नैनोकणों का प्रभाव। और रसायन. काँच 2013. टी.39. नंबर 4. पृ.513-521.