دانلود پایان نامه ارشد : بررسی اثر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو فلزی

دسته بندی: فیزیک
بازدید

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فیزیک

گرایش :  اتمی – مولکولی

عنوان :  بررسی اثر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو فلزی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران مرکزی

 دانشکده علوم ، گروه فیزیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc)

گرایش : اتمی – مولکولی

 عنوان:

بررسی اثر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو فلزی

استاد راهنما :

دکتر محمد صبائیان

استاد مشاور:

دکتر حمید نادگران

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                        صفحه

 فصل اول     کلیات طرح

1-1 بيان مسئله و هدف‌هاي تحقيق…………………………………………………………….. 2

1-2- اهميت موضوع تحقيق و انگيزش انتخاب آن…………………………………………. 2

1-3  سؤالات و فرضيه‌هاي تحقيق……………………………………………………………… 3

a1–3 سؤالات تحقيق……………………………………………………………………………… 3

b1–3 فرضيه‌هاي تحقيق………………………………………………………………………….. 3

1–4- تعاريف عملياتي متغيرها و واژه‌هاي كليدي…………………………………………… 4

1-5- مدل تحقيق…………………………………………………………………………………… 4

1-6- روش تحقيق ………………………………………………………………………………… 4

1-7- قلمرو تحقيق…………………………………………………………………………………. 4

فصل دوم      مطالعات نظری

مقدمه…………………………………………………………………………………………………… 6

2-1- روش‌هاي توليد نانو مواد………………………………………………………………….. 6

2-1-1- روش بالا به پايين……………………………………………………………………….. 6

2-1-2- روش پايين به بالا……………………………………………………………………….. 7

2-2- روش‌هاي توليد نانو طلا و نقره………………………………………………………….. 7

2-2-1- سنتز فاز بخار…………………………………………………………………………….. 7

2-2-2- الكتروشيميايي……………………………………………………………………………. 7

2-2-3- سنتز فوتوليز ……………………………………………………………………………… 8

2-2-4- كاهش شيميايي…………………………………………………………………………… 8

2-3- خواص نانوذرات……………………………………………………………………………. 9

2-4- كاربرد نانوذرات…………………………………………………………………………….. 10

2-4-1- نانو ذرات غیرفلزی……………………………………………………………………… 10

2-4-2-  نانوذرات فلزي………………………………………………………………………….. 10

2-4-2-1- نانو طلا و كاربردهاي آن…………………………………………………………… 10

2-4-2-2- نانو نقره و كاربردهاي آن…………………………………………………………… 11

2-5- فرمول بندی کلاسیکی……………………………………………………………………… 11

2-6- تابع دي‌الكتريك گاز الكترون‌هاي آزاد…………………………………………………. 17

2-7- انتشار گاز الكترون آزاد و پلاسمون حجمي…………………………………………… 22

2-8- فلزات و گذارهای ميان باندي……………………………………………………………. 24

2-9- پلاريتون‌هاي پلاسمون سطحي در فصل مشترك فلز و عايق……………………… 25

2-10- معادله‌ي موج……………………………………………………………………………….. 26

2-11- پلاريتون‌هاي پلاسمون سطحي در يك سطح مشترك منفرد:…………………….. 29

2-12- پراكندگي به وسيله دوقطبي‌هاي القا شده‌ي پراكنده‌گرهاي كوچك……………… 33

2-13- پراكندگي از طريق يك كره‌ي دي‌الكتريك كوچك………………………………… 34

2-14- پراكندگي از طريق كره‌ي كاملاً رساناي كوچك…………………………………….. 36

2-15- تئوري پراكندگي مای…………………………………………………………………….. 38

2-16- پيشينه تحقيق……………………………………………………………………………….. 38

فصل سوم      روش تحقیق

3-1- روش تحقیق…………………………………………………………………………………. 43

3-2- ابزار جمع آوری اطلاعات………………………………………………………………… 48

فصل چهارم      تجزیه و تحلیل یافته های تحقیق

4-1 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج در شعاع های مختلف……… 51

4-2 تغییرات بیشینه مقطع پراکندگی در اندازه های مختلف ذره نقره……………………. 60

4-3 تغییرات بیشینه سطح مقطع پراکندگی بر حسب دما در شعاع­های مختلف………. 62

فصل پنجم      نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………….. 66

5-2- پیشنهادات……………………………………………………………………………………. 67

منابع……………………………………………………………………………………………………. 68

1 بيان مسئله و هدف‌هاي تحقيق

نانو تكنولوژي، دست‌يابي به فناوري كاربرد ذراتي با ابعاد نانومتر است كه به نانوذرات موسومند. دليل انتخاب اين مقياس براي كار بر روي مواد، خواص خارق‌العاده‌اي است كه در ذراتي با اين اندازه ظاهر مي‌شوند و امروزه به شدت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. نگاه به فرآيندهاي شيميايي و بيولوژيكي از ديد نانومتري، يعني در ابعاد اتمي اطلاعاتي به دست مي‌دهد كه راحت‌تر مي‌توان مسير تشکیل آن را مشخص و خواسته‌ها و نظرات شخصي را در آن اعمال نمود]1[. آن چه كه امروز تحت عنوان نانوتكنولوژي مطرح است آشنا شدن و كنترل كردن بسياري از پديده‌ها در ابعاد اتمي و آنگسترومي است. پيشرفت‌ هاي اخير در ساخت تيوپ كربن، موتورهاي بيومولكولي، حسگرهای با ابعاد باكتري، فيلترهاي ميكروني و ديگر موارد، موجبات تغيير و تحول در علوم مختلف از جمله كامپيوتر، فيزيك، الكترونيك، هوا فضا، شيمي و محيط زيست و ديگر علوم را فراهم کرده است]2[. از اين ميان، نانوذرات فلزي طلا و نقره به دليل خواص منحصر به فردشان مورد توجه هستند. يكي از جالب‌ترين جنبه‌هاي نانوذرات فلزي اين است كه خواص نوري آن‌ها به شدت به اندازه و شكل ذره وابسته است. نور منعكس شده از طلاي توده‌اي زردرنگ است، اما فيلم‌هاي نازك طلا، نور آبي از خود عبور مي‌دهند. با كاهش اندازه اين فيلم تا حدود 3nm، اين رنگ تدريجاً به ارغواني، قرمز و سرانجام نارنجي تبديل مي‌شود. اين اثرات، نتيجه‌ي تغييراتی موسوم به تشديد پلاسمون سطحي – فركانسي كه در آن الكترون‌هاي نوار رسانش در پاسخ به ميدان الكتريكي متناوب يك پرتو الكترومغناطيس برخوردي نوسان مي‌كنند- است. با اين حال تنها فلزات داراي الكترون‌هاي آزاد (الزاماً طلا، نقره، مس و فلزات قليايي) در طيف مرئي داراي تشديد پلاسمون هستند و به همين علت چنين تغییر رنگ‌ شديدي را از خود نشان مي‌دهند]3[ و]4[.

1-2- اهميت موضوع تحقيق و انگيزش انتخاب آن

امواج پلاسمون سطحي كه در فصل‌هاي بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت، يكي از مباحث نو و جديد در حيطه نانواپتيك هستند. از سال 1990 تعداد سالانه مقالات در مورد پلاسمون‌هاي سطحي هر 5 سال، دو برابر شده است]5[، اين رشد سريع با پيشرفت و تجاري كردن کدهای محاسباتی نيرومند، تكنيك‌هاي ساخت نانو و تكنيك‌هاي تحليل فيزيكي، امكان بيش‌تري به مهندسين و محققين با ارائه ابزار لازم براي طراحي ساخت و تحليل خواص اپتيكي نانو ساختارهاي فلزي، فراهم مي‌كند]5[.

اين گرايش جديد استفاده‌هاي قابل توجهي در بحث حس‌گرها، آنتن‌ها، گيرنده‌ها و ادوات نوري در مقياس نانو دارد]6[. بررسی اثرات تغییر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو، می تواند در جهت توسعه مفاهیم نظری، جهت کاربردهای آتی موثر باشد. تا جایی که به اطلاعات ما بر می گردد این بررسی برای اولین بار انجام می شود. موضوع پراكندگي نور از ذرات نانو فلزي تحت اثرات دمايي، گسترش موضوع و فرمول‌بندي نظري و تلاش در جهت شناخت اين پديده از انگيزه‌هاي انتخاب اين موضوع مي‌باشد.

1-3  سؤالات و فرضيه‌هاي تحقيق

a13 سؤالات تحقيق:

  • چرا از ذرات فلزي در مقياس نانو در اين تحقيق استفاده مي‌شود؟
  • چرا نانو ذرات نقره در اين روش كاربرد بيش‌تري دارند؟
  • تغييرات دما چه تأثيري مي‌تواند در سطح مقطع پراكندگي اين ذرات ايجاد كند؟
  • آیا تغییرات مشاهده شده، قابل توجه هستند؟
  • آيا اندازه نانو ذرات فلزي در ميزان پراكندگي تأثير دارد؟
  • پديده پلاسمون و پلاسمون سطحي چيست و تحت چه شرايطي رخ مي‌دهد؟

b13  فرضيه‌هاي تحقيق:

فرضيه‌هاي اين پژوهش شامل موارد زير است:

  • قطر ذرات به اندازه ای است که مدل های کلاسیکی می توانند پدیده پراکندگی نور را بخوبی توصیف کنند.
  • معادلات موج ماکسول بدرستی می توانند جهت بررسی سطح مقطع پراکندگی نانو ذرات فلزی مورد استفاده قرار گیرند.
  • روش عناصر محدود روشی مناسب جهت بررسی این پدیده بصورت عددی است.

1–4-  تعاريف عملياتي متغيرها و واژه‌هاي كليدي

نانوذرات فلزي: طبق تعريف عمومي نانوذرات، ذراتي با ابعاد 1 تا 100 نانومتر هستند.

پلاسمون: در فيزيك، به نوسانات پلاسمايي تشكيل شده در سطح فلز، پلاسمون گويند. یا، عملكرد الكترون‌هاي آزاد بر روي سطح فلزات، پديده‌اي است كه پلاسمون ناميده مي‌شود]6[.

امواج پلاسمون سطحي: فصل مشترك ميان ماده‌اي با ثابت دي‌الكتريك مثبت و ماده‌اي با ثابت دي‌الكتريك منفي مثل فلزات مي‌تواند باعث انتشار امواج الكترومغناطيسي ويژه‌اي شود كه امواج پلاسمون سطحي خوانده مي‌شوند و در محدوده‌ي نزديك سطح باقي مي‌مانند]6[.

1-5- مدل تحقيق

 بر اساس حل معادله موج ماکسول در یک منطقه که شامل ذره فلزی در زمینه خلاء است، مي‌باشد.

1-6- روش تحقيق

روش تحقيق به صورت نظري و با بهره گرفتن از روش‌ عددي، عناصر محدود و با بهره گرفتن از نرم افزار Comsol Multi Physics صورت گرفته است.

1-7- قلمرو تحقيق

تحقيق با توجه به آخرين يافته‌ها در ادبيات مربوطه، از طريق مطالعات كتابخانه‌اي، بررسي پايان‌نامه‌هاي مرتبط و مقالات ژورنال های تخصصی در این زمینه ها و جستجو در اينترنت صورت می گیرد.

فصل دوم

فصل دوم: مطالعات نظري

مقدمه

“در پايين فضاي كافي وجود دارد” اين جمله عنوان سخنراني ريچارد فاينمن در سال 1959 در انجمن فيزيك امريكاست. وی در سخنراني مشهور خود، به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت و توجه دانشمندان را به توانايي بشر براي دست‌كاري مواد در مقياس اتمي جلب نمود. ايشان كه پايه‌گذار نانوتكنولوژي شناخته مي‌شوند، عقيده داشتند، مشكلات موجود در علوم مختلف در صورتي قابل حل است كه دانشمندان در سطوح اتمي توانايي مطالعه و بررسي داشته باشند]9[. البته استفاده از نانو مواد برخلاف تصور عمومي، داراي سابقه‌ي تاريخي طولاني مي‌باشد و نقطه شروع استفاده از مزاياي نانوساختارها توسط انسان مشخص نيست. اما اين استفاده فقط بر اساس كشفيات اتفاقي بوده و دليل علمي آن‌ها ناشناخته بوده است. براي مثال رومي‌ها چهار قرن قبل از ميلاد، از نانوذرات فلزي براي رنگ‌آميزي شيشه‌ها بهره مي‌گرفتند]10[.

فناوري نانو يا نانوتكنولوژي رشته‌اي از دانش كاربردي و فناوري است كه جستارهاي گسترده‌اي را پوشش مي‌دهد. موضوع اصلي آن مهار ماده يا دستگاه‌هاي در ابعاد كم‌تر از يك ميكرومتر، معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوتكنولوژي فهم و بكارگيري خواص جديدي از مواد و سيستم‌هايي در اين ابعاد است كه اثرات فيزيكي جديدي از خود نشان مي‌دهند؛ كه اين موضوع عمدتاً به علت غلبه خواص كوانتومي بر خواص كلاسيك به وجود مي‌آيد]11[.

2-1- روش‌هاي توليد نانو مواد

 اصلي‌ترين روش‌هاي ساخت مواد نانو را مي‌توان در دو روش كلي 1- روش بالا به پايين و         2- روش پايين به بالا خلاصه نمود.

2-1-1- روش بالا به پايين

در اين روش با بهره گرفتن از يك سري ابزارها، مواد از جسم حجيم جدا شده و جسم كوچك مي‌شود تا به اندازه‌هاي نانومتري برسد.

2-1-2- روش پايين به بالا

اين روش درست در جهت مخالف روش بالا به پايين مي‌باشد، در اين روش مواد نانو با بهره گرفتن از به هم پيوستن بلوك‌هاي سازنده مانند اتم‌ها و مولكول‌ها و قرار دادن آن‌ها در كنار يكديگر و يا استفاده از خودآرايي توليد مي‌شوند. خودآرايي عبارت است از طراحي مولكول‌ها و ابر مولكول‌هايي كه اساس تشكيل آن‌ها مكمل بودن شكل ساختاري است. بايد توجه داشت كه اتم‌ها و مولكول‌ها هميشه در جايي كه مورد نظر ماست قرار نخواهند گرفت و عاملي كه محل قرارگيري آن‌ها را تعيين مي‌كند انرژي آن‌هاست، به اين صورت كه مولكول‌ها در جايي قرار خواهند گرفت كه كم‌ترين انرژي آزاد را داشته باشند و به سمت انرژي آزاد منفي تمايل دارند. انرژي آزاد در يك سيستم به وسيله استحكام پيوندها و آنتروپي تعيين مي‌شود]12[.

2-2- روش‌هاي توليد نانو طلا و نقره

2-2-1- سنتز فاز بخار

سنتز فاز بخار ذرات، براي توليد نانوذرات فلزي مناسب است به اين صورت كه مخلوط فاز بخار به طور ديناميكي ناپايدار است تا مواد در حد نانو تهيه شود، ذرات به صورت همگن هسته‌گذاري مي‌كنند و بعد از يك بار مرحله هسته‌گذاري، بخار فوق اشباع باقي مانده به وسيله متراكم شدن و واكنش با ذرات باعث رشد ذره‌ها مي‌شود، در اين جا رشد ذره بيش از مرحله هسته‌گذاري اتفاق مي‌افتد (در ابتدا بايد بخار فوق اشباع تشكيل داد به اين صورت كه يك جامد را حرارت مي‌دهيم تا به صورت بخار در يك گاز پايه درآيد، سپس با يك گاز سرد آن را مخلوط مي‌كنيم تا دماي آن كاهش يابد بعد از اين مرحله بايد سيستم را خاموش كرد كه با برداشتن منبع بخار فوق اشباع يا كاهش سينيتيكي واكنش انجام مي‌شود و از رشد ذرات جلوگيري مي‌شود).

2-2-2- الكتروشيميايي

براي تهيه نانوذرات طلا و نقره از طريق روش‌هاي الكتروشيميايي نيز اقداماتي شده است كه سايز ذرات با تنظيم شدت جريان تغيير مي‌كند. در روش‌هاي الكتروشيميايي در توليد نانوذرات اثرات پارامترهاي گوناگون مثل دما، جنس كاتد، اورولتاژ، دانسيته جريان، زمان، نوع الكتروليت بر روي اندازه و ساختار ذرات بررسي شده است يكي از روش‌هاي سنتز نانوذرات فلزي طي روش الكتروشيمي الكتروپالس است اين روش بر پايه استفاده از الكتروشيمي پالسي و شيمي صوت است و به تجهيزات بالا احتياج دارد. روشي براي جانشيني الكتروستاتيكي طلا روي سطح الكترود در الكتروشيمي و ايجاد باند بين طلا با تيول‌ها و دي‌سولفيدها گزارش شده است.

تعداد صفحه :83

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 

 

برچسب ها :
0 نظر
admins

نظر خود را در مورد این پست ارسال فرمایید.

نظرات بسته شده است.