در طول دو دهه گذشته، محققين در زمينه‎هاي مختلف علوم و مهندسي به بررسي نانومواد و كاربردهاي مختلف آنها پرداخته‎اند. ذرات در مقياس نانومتري، خصوصيات منحصر به فرد نوري، الكتروني، حرارتي، مغناطيسي از خود نشان داده و در مقايسه با مواد در حالت توده، داراي ساختاري متفاوت مي‎باشند. روش هاي متعدد فيزيكي و شيميايي براي ساخت نانوذرات وجود دارد كه از آن جمله مي توان به روش هاي شيميايي تر ، كاشت يون و رسوب بخار شيميايي و فيزيكي اشاره نمود كه اين روش هاي ساخت نسبتا پر هزينه هستند و داراي معايب متعددي از جمله استفاده از مواد سمي و مضر و نيز خطر ابتلا به آلودگي سطحي با مواد شيميايي باقي مانده (كه در كاربردهاي پزشكي و زيستي بسيار خطرناك هستند) مي باشند. علاوه بر اين، با استفاده از برخي روش هاي نوين، مي توان ذراتي با توزيع اندازه پهن توليد كرد. براي رفع بسياري از معايب فوق، روش كندوسوز ليزري در محيط مايع براي ساخت نانوذرات بكار گرفته شده است كه اين روش براي آماده سازي نانوذرات فلزات، نيمه هادي ها و حتي نانوذرات پليمري توسعه يافته است. روش كندوسوز ليزري در محيط مايع روشي نسبتا ارزان، سريع و با چيدمان آزمايشگاهي نسبتاً ساده مي باشد. علاوه بر اين، آماده سازي نانوذرات توسط اين روش به مواد شيميايي مضر نياز ندارد و بنابراين هيچ گونه آلودگي سطحي و اثرات سمي رخ نمي دهد. مطالعات اخير در زمينه ساخت نانوذرات توسط روش كندوسوز ليزري در محيط مايع به طور عمده بر روي دو موضوع متمركز داشته اند: الف- تهيه نانوذرات از طريق كندوسوز ليزري اهداف فلزي و ب- اصلاح اندازه و شكل نانوذرات. اگر چه بررسي هاي متعددي در زمينه تأثير كميت هاي مختلف ليزر و ماده بر برخي ويژگي هاي نانوذرات انجام شده است، اما با اين حال، تاثير آن كميت ها بر خواص اندازه نانوذرات به صورت جامع مورد بررسي قرار نگرفته است. در پژوهش حاضر، از روش كندوسوز ليزري در محيط مايع جهت ساخت و مشخصه يابي چندين نوع از نانوذرات كلوئيدي استفاده شده است. با تغيير عوامل مختلف مانند كميت هاي ماده (نوع ماده هدف، نوع محيط مايع، عمق مايع بالاي سطح هدف و ميزان پيرشدگي محلول كلوئيدي حاوي نانوذرات) و خصوصيات ليزر (از جمله ميزان شار ليزر، تعداد تپ هاي ليزر و استفاده از مد تك تپي و مد دو تپي)، تغيير در روند خواص اندازه نانوذرات ساخته شده (اندازه ميانگين و توزيع اندازه) و نيز خواص نوري آنها مورد بررسي قرار گرفته است. همان گونه كه پيشتر نيز اشاره شد، در گذشته، اثر برخي كميت ها از جمله نوع محيط مايع، ميزان شار ليزر و تعداد تپ هاي ليزر بر روي ويژگي هاي نانوذرات توليدي به صورت محدود توسط ديگر گروه هاي تحقيقاتي ارزيابي شده بود كه در اين پژوهش به صورت مفصل به جوانب گوناگون تأثير آن كميت ها بر اندازه نانوذرات كلوئيدي ساخته شده پرداخته شده است. تأثير بعضي از كميت ها مانند عمق مايع بالاي سطح هدف و ميزان پيرشدگي محلول كلوئيدي بر خواص نانوذرات كلوئيدي توليد شده به صورت بسيار محدود و انگشت شمار توسط ديگر محققين بررسي شده بود كه در اين پژوهش، بررسي جامعي با تأكيد بر خواص اندازه نانوذرات صورت پذيرفته است. در نهايت، تأثير برخي كميت ها از جمله استفاده از كندوسوز ليزري با مد دو تپي با تأخير زماني از مرتبه نانو ثانيه تحت شارهاي مختلف ليزر بر خواص نانوذرات ساخته شده تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته بود كه در پژوهش حاضر، ضمن مقايسه داده هاي حاصل با نتايج بدست آمده از كندوسوز ليزري با مد تك تپي، به اين امر پرداخته شده است. در اين تحقيق، به منظور مشخصه يابي نمونه ها از روش هايي نظير ميكروسكوپي الكتروني روبشي، روش هاي پردازش تصوير، طيف نمايي مرئي-فرابنفش و طيف سنجي پلاسماي جفت شده القائي استفاده شده است.

1397/02/09

4/28/2018 12:00:00 AM

Nanoparticles play a major role in some applications such as biology medicine, energy conversion and storage, electronics, and information storage. Nanoparticles have large surface to volume ratio. Such size-dependent characteristics provide unique physical and chemical properties for nanoparticles. Within the last two decades, several techniques have been developed for producing nanoparticles with controlled sizes, phases, shapes, and some other properties. These techniques include chemical method, thermal evaporation and condensation, milling, and sputtering. unfortunately, these synthesis methods are relatively expensive and often agglomerated particles with sizes up to several micrometers are formed. in addition, in some of these techniques, harmful and toxic materials are used. furthermore, they may also induce impurities to the nanoparticles by some catalysts. In recent years, pulsed laser ablation in liquids (PLAL) attracts much attention as a new technique for nanoparticle synthesis. It has been demonstrated that relatively more stable colloidal nanoparticles can be produced by this method. Compared with other techniques, PLAL is an effective, clean, and safe method for synthesis of nanoparticles. Recent investigations show that in PLAL method, size properties of produced nanoparticles significantly depend on laser characteristics such as wavelength, fluence, and pulse duration. It has been also shown that nanoparticle characteristics strongly depend on both target material properties and liquid environment in which ablation occurs. The size of the produced nanoparticles can be tuned to some extent by properly selecting laser and material parameters. Within the last few years, many articles were published in the field of nanoparticles synthesis by PLAL, but only a limited number of them investigated size properties of the nanoparticles produced by PLAL. The effects of liquid environment, laser fluence, liquid depth and number of laser pulses on size properties of nanoparticles produced by PLAL have also been investigated only by a few numbers of authors. Investigation on size properties of the nanoparticles produced by nanosecond laser ablation in various water depths (in the range of a few millimeters) and effect of the number of laser pulses (specifically, within the range of a few thousand to tens of thousands) on mean size and size distribution of colloidal nanoparticles have not been reported yet. Additionally, to the best of our knowledge, the production of nanoparticles by double PLAL with inter-pulse delay times within the range of a few nanoseconds to a few tens of nanoseconds has not yet been reported. In this thesis, we have reported the synthesis of colloidal aluminum, titanium and silver nanoparticles by single pulse mode and collinear double-pulse laser ablation in liquid medium. The effects of target type, liquid medium, laser fluence, number of laser pulses, liquid depth and inter-pulse delay times between two collinear sequential pulses on the productivity and size properties (mean size and size distribution) of the prepared colloidal nanoparticles was discussed in detail. UV–vis absorption spectroscopy and scanning electron microscopy, inductively coupled-plasma mass spectrometry and image processing techniques were used for the characterization of the produced nanoparticles.