30820

مطالعه تجربي خواص فيلم نانوذرات نقره ايجاد شده روي زيرلايه به روش PLD در هوا در فشار اتمسفري

دكتري تخصصي (PhD)

فيزيك- اتمي و مولكولي

1394

1402/12/5

محمد حسين مهديه

ندارم

فيزيك

در اين پايان‌نامه، از رسوب دهي ليزر پالسي نقره در هواي آزاد، براي ساخت فيلم‌هاي نانوذرات نقره بر روي زيرلايه بدون استفاده از جت گازي استفاده مي‌شود. ماده برداري از هدف توسط پالس هاي نانوثانيه ليزر Nd:YAG انجام مي گيرد. فيلم‌هاي نانوذرات رسوب‌شده روي زيرلايه با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري با وضوح بالا (HRTEM) و طيف‌سنجي جذبي مرئي -فرابنفش مشخصه يابي شدند. ويژگي‌هاي تشديد پلاسمون سطحي (SPR) نانوذرات، از داده‌هاي طيف جذبي مرئي -فرابنفش استخراج گرديد. ميانگين اندازه و توزيع اندازه نانوذرات با تجزيه و تحليل تصاوير FESEM و با استفاده از پردازش تصاوير به دست آمد. نتايج نشان مي دهد كه افزايش شار ليزر و تعداد پالس ها منجر به افزايش اندازه متوسط و گسترش توزيع اندازه نانوذرات و افزايش قدرت قله SPR مي شود. فيلم‌هاي نانوذرات ساخته شده، توسط پرتو ليزر پالسي پس تابش دهي مي گردند. علاوه بر اين، فيلم‌هاي نانوذرات رسوب‌شده، در حضور گاز آرگون در دماهاي مختلف و زمان هاي متفاوت پخت مي‌شوند. ويژگي‌هاي فيلم‌هاي پس تابش دهي شده و پخت داده شده، بررسي مي‌شوند. نتايج طيف‌سنجي جذبي نشان مي‌دهد كه پخت حرارتي مي‌تواند منجر به افزايش شديد و همچنين باريك شدن طيف SPR شود. نتايج ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) نشان مي‌دهد كه فرآيندهاي پخت و پس تابش دهي مي‌توانند بر اندازه نانوذرات و ساختار فيلم تأثير بگذارند. پس تابش دهي ليزري لايه‌هاي نانوذرات، نانوساختارهاي متخلخل توليد مي‌كند. قله SPR فيلم هاي نانوذرات ساخته شده حتي در معرض هواي محيط، به مدت 30 روز بدون تغيير مي ماند. به منظور نشان دادن كاربرد فيلم نانوذرات ساخته شده در حسگرها، فيلم ساخته شده براي طيف‌سنجي رامان تقويت‌شده سطحي (SERS) استفاده گرديد. نتايج SERS نشان مي‌دهد كه لايه‌هاي نانوذرات پخت شده، نسبت به فيلم‌هاي رسوب‌شده اوليه حساس‌تر مي‌شوند.

1403/02/16

Experimental Study of Properties of Ag Nanostructure Films on Substrate Produced by Pulsed Laser Deposition in Open Air at Atmospheric Pressure

2/23/2025 12:00:00 AM

In this study, pulsed laser deposition of silver in open air is used to fabricate Ag nanoparticle (NP) films on the substrate without using flowing gas. The target was ablated by trains of nanosecond pulsed Nd:YAG laser beam. The deposited NP films on the substrate were characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and UV/Vis absorption spectroscopy. Surface plasmon resonance (SPR) characteristics of NPs were extracted from the data of UV/Vis spectrum. Mean size and size distribution of NPs were achieved by analyzing the FESEM images and using image processing technique. The results show that increasing the laser fluence and the number of pulses lead to increasing the mean size and broadening the size distribution of NPs and raising the strength of SPR peak. The fabricated NP films are post-irradiated by the pulsed laser beam. In addition, as-deposited NP films are annealed in argon gas flow ambient for 45 min at different temperatures (250, 350, and 450 °C), and also annealed at 450°C for 15, 30, and 45 min. The characteristics of fabricated NP films are investigated after post-irradiating by pulsed laser beam, and thermal annealing in Ar gas flow. UV-Vis absorption spectroscopy is utilized to provide surface plasmon resonance (SPR) characteristics of films. The results show that thermal annealing can lead to strong enhancement, and also narrowing of the SPR spectrum. The results of field emission scanning electron microscopy (FESEM), and atomic force microscopy (AFM) show that the annealing and post-irradiation processes can influence the NPs size and film structure. Laser post irradiation of NPs films produces porous nanostructures. SPR peak of the fabricated NP films stays unchanged for 30 days even in exposed of the ambient air. In order to show an application of the fabricated NP film in sensors, the fabricated film is utilized for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) using a 10-6 molar aqueous solution of Rhodamine 6G (R6G). The SERS results indicate that the annealed NP films become more sensitive than the as-deposited films.

رسوب دهي ليزر پالسي در هواي آزاد بدون جت گاز , فيلم نانوساختار نقره , پخت در حضور جريان آرگون , پس تابش دهي ليزري , طيف سنجي رامان ارتقا يافته سطحي

pulsed laser deposition in flowless open air , Ag nanostructures films , annealing in Ar flow , laser post-irradiation , SERS applications

Mohsen Bonjakhi

Dr. Mahdiye