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

اختصاصی از فایلکو پایان نامه بررسی اثر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو فلزی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:89

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc)
گرایش : اتمی - مولکولی

فهرست مطالب:
عنوان                                        صفحه

فصل اول     کلیات طرح
1-1 بیان مسئله و هدف‌های تحقیق    2
1-2- اهمیت موضوع تحقیق و انگیزش انتخاب آن    2
1-3  سؤالات و فرضیه‌های تحقیق    3
a1–3 سؤالات تحقیق    3
b1–3 فرضیه‌های تحقیق    3
1–4- تعاریف عملیاتی متغیرها و واژه‌های کلیدی    4
1-5- مدل تحقیق    4
1-6- روش تحقیق     4
1-7- قلمرو تحقیق    4
فصل دوم      مطالعات نظری
مقدمه    6
2-1- روش‌های تولید نانو مواد    6
2-1-1- روش بالا به پایین    6
2-1-2- روش پایین به بالا    7
2-2- روش‌های تولید نانو طلا و نقره    7
2-2-1- سنتز فاز بخار    7
2-2-2- الکتروشیمیایی    7
2-2-3- سنتز فوتولیز     8
2-2-4- کاهش شیمیایی    8
2-3- خواص نانوذرات    9
2-4- کاربرد نانوذرات    10
2-4-1- نانو ذرات غیرفلزی    10
2-4-2-  نانوذرات فلزی    10
2-4-2-1- نانو طلا و کاربردهای آن    10
2-4-2-2- نانو نقره و کاربردهای آن    11
2-5- فرمول بندی کلاسیکی    11
2-6- تابع دی‌الکتریک گاز الکترون‌های آزاد    17
2-7- انتشار گاز الکترون آزاد و پلاسمون حجمی    22
2-8- فلزات و گذارهای میان باندی    24
2-9- پلاریتون‌های پلاسمون سطحی در فصل مشترک فلز و عایق    25
2-10- معادله‌ی موج    26
2-11- پلاریتون‌های پلاسمون سطحی در یک سطح مشترک منفرد:    29
2-12- پراکندگی به وسیله دوقطبی‌های القا شده‌ی پراکنده‌گرهای کوچک    33
2-13- پراکندگی از طریق یک کره‌ی دی‌الکتریک کوچک    34
2-14- پراکندگی از طریق کره‌ی کاملاً رسانای کوچک    36
2-15- تئوری پراکندگی مای    38
2-16- پیشینه تحقیق    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 شعاع¬های مختلف    62
فصل پنجم      نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری     66
5-2- پیشنهادات    67
منابع    68

 
فهرست  جداول
عنوان                                        صفحه

جدول 3-1 قسمت های حقیقی و موهومی ضریب شکست مربوط به نقره     46

فهرست  نمودارها
عنوان                                        صفحه

نمودارa 3-1 قسمت حقــیقی ضریب شکست نقـره بر حســب طول مـوج با تـــوجه
به داده¬های جدول جانسون و کریستی    44    
نمودارb 3-1 قسمت موهـومی ضــریب شکست نقــره بر حـسب طول موج با تـوجه
به داده¬هـای جدول جانسون و کریستی    45
نمودار 4-1 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=30nm در دماهای مختلف    51
نمودار 4-2 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=35nm در دماهای مختلف    53
نمودار 4-3 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=40nm در دماهای مختلف    54
نمودار 4-4 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=45nm در دماهای مختلف    55
نمودار 4-5 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج  برای ذره نقره به شعاع
 r=50nm در دماهای مختلف    56
نمودار 4-6 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=55nm در دماهای مختلف    58
نمودار 4-7 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج برای ذره نقره به شعاع
 r=60nm در دماهای مختلف    59
نمودار 4-8 تغییرات بیشینه سطح مقطع پراکندگی بر حسب شعاع در دماهای مختلف    60
نمودار 4-9 تغییرات بیشینه سطح مقطع پراکندگی بر حسب دما در شعاع های مختلف    62
 
فهرست شکل ها
عنوان                                        صفحه
شکل 2-1 تابع دی الکتریک   معادله (2-27) گاز الکترون آزاد    20
شکل 2-2 ضریب شکست مختلط متناظر با تابع دی الکتریک الکترون آزاد در شکل 2-1    21
شکل 2-3  ارتعاشات تجمعی طولی الکترون های رسانش فلز : پلاسمون حجمی    22
شکل 2-4  قسمت های حقیقی و موهومی   برای نقره    24
شکل 2-5  هندسه انتشار SPP در سطح مشترک واحد بین فلز و دی الکتریک    29
شکل 2-6  بردارهای قطبش و انتشار پرتو پراکندگی و برخورد    35
شکل 3-1 فضای شبیه سازی (C1) نانوذره نقره و (C2) خلاء    43
شکل a3-2 میدان پراکنده شده از نقــره به قطر r=45nm  در حالـت قبل از تـشـدید
در     48
شکل b3-2 میــدان پراکـــنده شده از نقــره به قطر r=45nm  در حالـت تشـــدید
در      48
شکل c3-2 میدان پراکنـــده شده از نقره به قــطر r=45nm  در حالت بعد از تشدید
در      48
شکل a3-3 میدان پراکنده شــده از نقره به قـــطر r=45nm  در حالت قبل از تشدید
در     48
شکل b3-3 میدان پراکـــنده شده از نقره به قـــطر r=45nm  در حالت تشــــدیـد
در      48
شکل c3-3 میدان پراکنده شده از نقره به قطر r=45nm  در حالـــت بعد از تشــدید
در      48

چکیده
ضریب شکست فلزات نجیبی نظیر نقره و طلا‌، تابع حساستری‌-‌‌ نسبت به دی‌الکتریک‌ها-‌ از دماست. در این کار، اثر تغییرات دما بر سطح مقطع پراکندگی نانو ذرات نقره، بررسی شد. نانو ذرات فلزی نقره‌ای کروی شکل با قطرهای30،35،40،45،50،55 و60 نانومتر تحت تابش نور با قطبش TM در بازه طول‌موجی 300nm تا 400nm قرار گرفتند و سپس سطح مقطع پراکندگی آنها محاسبه شد. برای بررسی اثر تغییر دما بر سطح مقطع پراکندگی، دمای نانو ذرات در بازه‌‌های 30 K  از 300K تا 510K تغییر داده شد. نتایج محاسبات که با استفاده از روش عددی عناصر محدود در دو بعد به دست آمده‌ اند، نشان می‌دهند که اولاً قلّه سطح مقطع پراکندگی از شعاع  30nmتا 45nm با افزایش دما افزایش می‌یابد. این در شرایطی است که قله‌های نمودارها در دماهای مختلف، به هم نزدیک می‌شوند. سپس از شعاع 50nm تا 60nm با افزایش دما، قله‌ی سطح مقطع پراکندگی، کاهش می‌یابد. پهنای نمودارها نیز بر حسب طول‌موج، با افزایش شعاع نانو ذره از 30nm تا 45nm افزایش یافته و سپس با ادامه روند افزایش در شعاع، کاهش می‌یابند. نتیجه‌ی نهایی این تحقیق اینست که قله‌ی سطح مقطع پراکندگی از شعاع تقریبا 35nm تا 55nm، از حساسیت کمتری نسبت به دما برخوردار است. تغییرات با دما پایین‌تر از شعاع 35nm و بالاتر از 55nm بسیار شدیدتر است.  
کلمات کلیدی : نانوذرات، پلاسمون، سطح مقطع پراکندگی، نقره  

فصل اول

کلیات طرح

 
فصل اول: کلیات طرح
1-1 بیان مسئله و هدف‌های تحقیق
نانو تکنولوژی، دست‌یابی به فناوری کاربرد ذراتی با ابعاد نانومتر است که به نانوذرات موسومند. دلیل انتخاب این مقیاس برای کار بر روی مواد، خواص خارق‌العاده‌ای است که در ذراتی با این اندازه ظاهر می‌شوند و امروزه به شدت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. نگاه به فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی از دید نانومتری، یعنی در ابعاد اتمی اطلاعاتی به دست می‌دهد که راحت‌تر می‌توان مسیر تشکیل آن را مشخص و خواسته‌ها و نظرات شخصی را در آن اعمال نمود]1[. آن چه که امروز تحت عنوان نانوتکنولوژی مطرح است آشنا شدن و کنترل کردن بسیاری از پدیده‌ها در ابعاد اتمی و آنگسترومی است. پیشرفت‌ های اخیر در ساخت تیوپ کربن، موتورهای بیومولکولی، حسگرهای با ابعاد باکتری، فیلترهای میکرونی و دیگر موارد، موجبات تغییر و تحول در علوم مختلف از جمله کامپیوتر، فیزیک، الکترونیک، هوا فضا، شیمی و محیط زیست و دیگر علوم را فراهم کرده است]2[. از این میان، نانوذرات فلزی طلا و نقره به دلیل خواص منحصر به فردشان مورد توجه هستند. یکی از جالب‌ترین جنبه‌های نانوذرات فلزی این است که خواص نوری آن‌ها به شدت به اندازه و شکل ذره وابسته است. نور منعکس شده از طلای توده‌ای زردرنگ است، اما فیلم‌های نازک طلا، نور آبی از خود عبور می‌دهند. با کاهش اندازه این فیلم تا حدود 3nm، این رنگ تدریجاً به ارغوانی، قرمز و سرانجام نارنجی تبدیل می‌شود. این اثرات، نتیجه‌ی تغییراتی موسوم به تشدید پلاسمون سطحی – فرکانسی که در آن الکترون‌های نوار رسانش در پاسخ به میدان الکتریکی متناوب یک پرتو الکترومغناطیس برخوردی نوسان می‌کنند- است. با این حال تنها فلزات دارای الکترون‌های آزاد (الزاماً طلا، نقره، مس و فلزات قلیایی) در طیف مرئی دارای تشدید پلاسمون هستند و به همین علت چنین تغییر رنگ‌ شدیدی را از خود نشان می‌دهند]3[ و]4[.
1-2- اهمیت موضوع تحقیق و انگیزش انتخاب آن
امواج پلاسمون سطحی که در فصل‌های بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت، یکی از مباحث نو و جدید در حیطه نانواپتیک هستند. از سال 1990 تعداد سالانه مقالات در مورد پلاسمون‌های سطحی هر 5 سال، دو برابر شده است]5[، این رشد سریع با پیشرفت و تجاری کردن کدهای محاسباتی نیرومند، تکنیک‌های ساخت نانو و تکنیک‌های تحلیل فیزیکی، امکان بیش‌تری به مهندسین و محققین با ارائه ابزار لازم برای طراحی ساخت و تحلیل خواص اپتیکی نانو ساختارهای فلزی، فراهم می‌کند]5[.
این گرایش جدید استفاده‌های قابل توجهی در بحث حس‌گرها، آنتن‌ها، گیرنده‌ها و ادوات نوری در مقیاس 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 پراکندگی نور از ذرات نانو فلزی تحت اثرات دمایی، گسترش موضوع و فرمول‌بندی نظری و تلاش در جهت شناخت این پدیده از انگیزه‌های انتخاب این موضوع می‌باشد.
1-3  سؤالات و فرضیه‌های تحقیق
a1–3 سؤالات تحقیق:
•    چرا از ذرات فلزی در مقیاس نانو در این تحقیق استفاده می‌شود؟
•    چرا نانو ذرات نقره در این روش کاربرد بیش‌تری دارند؟
•    تغییرات دما چه تأثیری می‌تواند در سطح مقطع پراکندگی این ذرات ایجاد کند؟
•    آیا تغییرات مشاهده شده، قابل توجه هستند؟
•    آیا اندازه نانو ذرات فلزی در میزان پراکندگی تأثیر دارد؟
•    پدیده پلاسمون و پلاسمون سطحی چیست و تحت چه شرایطی رخ می‌دهد؟
b1–3  فرضیه‌های تحقیق:
فرضیه‌های این پژوهش شامل موارد زیر 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-  تعاریف عملیاتی متغیرها و واژه‌های کلیدی
نانوذرات فلزی: طبق تعریف عمومی نانوذرات، ذراتی با ابعاد 1 تا 100 نانومتر هستند.
پلاسمون: در فیزیک، به نوسانات پلاسمایی تشکیل شده در سطح فلز، پلاسمون گویند. یا، عملکرد الکترون‌های آزاد بر روی سطح فلزات، پدیده‌ای است که پلاسمون نامیده می‌شود]6[.
امواج پلاسمون سطحی: فصل مشترک میان ماده‌ای با ثابت دی‌الکتریک مثبت و ماده‌ای با ثابت دی‌الکتریک منفی مثل فلزات می‌تواند باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی ویژه‌ای شود که امواج پلاسمون سطحی خوانده می‌شوند و در محدوده‌ی نزدیک سطح باقی می‌مانند]6[.
1-5- مدل تحقیق
 بر اساس حل معادله موج ماکسول در یک منطقه که شامل ذره فلزی در زمینه خلاء است، می‌باشد.
1-6- روش تحقیق
روش تحقیق به صورت نظری و با استفاده از روش‌ عددی، عناصر محدود و با استفاده از نرم افزار Comsol Multi Physics صورت گرفته است.
1-7- قلمرو تحقیق
تحقیق با توجه به آخرین یافته‌ها در ادبیات مربوطه، از طریق مطالعات کتابخانه‌ای، بررسی پایان‌نامه‌های مرتبط و مقالات ژورنال های تخصصی در این زمینه ها و جستجو در اینترنت صورت می گیرد.