Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синтез и оптические свойства квантовых точек. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
Данную особенность можно использовать для оценки среднего
размера квантовых точек. Так, средний размер наночастиц на основе
CdSe можно определить через следующее полуэмпирическое
уравнение по положению их максимумов поглощения:
D = (1,6122·10-9)·λ4 – (2,6575·10-6)·λ3 + (1,6242 ·10-3)·λ2 –(0,4277)·λ + (41,57) (8)
где D – размер частиц (в нм), λ – длина волны (в нм) в положении
максимума полосы поглощения (плечо графика в длинноволновой
области).
Данные спектроскопии поглощения также позволяют рассчитать
коэффициент экстинкции и концентрацию наночастиц.
Коэффициент экстинкции для CdSe определяется по формуле:
ε = 5857 · (D)
2,65
(9)
где D – диаметр частиц в метрах.
Используя закон Ламберта-Бера (5), можно определить
концентрацию квантовых точек:
CM = A
где СМ – концентрация квантовых точек в М (1 М = 6.23 • 10
1 л), А
– величина оптической плотности в максимуме
max abs
/ (ε·l) (10)
max abs
23
частиц в
длинноволновой полосы поглощения раствора квантовых точек, ε –
коэффициент экстинкции (в л/(моль·см)), l – толщина слоя или длина
оптического пути света (в см, в нашем случае – толщина используемой
кюветы l = 1см).
Принцип действия сканирующего двухлучевого
спектрофотометра «Lambda 35»
Данный прибор измеряет отношения двух световых потоков,
прошедших через канал сравнения и канал образца в кюветном
отделении. Оптическая система спектрофотометра (Рис. 9) состоит из
монохроматора с вогнутой голографической дифракционной
решеткой. Вольфрамово-галогенная и дейтериевые лампы являются
источниками излучения для измерения в видимой и УФ- области
спектра соответственно. Фотодиодные детекторы используются в
качестве фотоприемников.
Свет от источника 1 проходит через монохроматор 2 и
разделяется на два пучка вращающимся секторным зеркалом 3.
Полученные пучки света поворачиваются (отражаются на 45º)
неподвижными зеркалами 4. Затем они проходят через образец с
21
растворителем и исследуемый образец 5 и 6, после чего снова
объединяются в один пучок вторым вращающимся зеркалом 3 и
попадают на фотоприемник 7.
Рис. 9. Принципиальная схема двухлучевого сканирующего
спектрофотометра. 1 – источник излучения, 2 – монохроматор, 3 –
вращающееся секторное зеркало, 4 – неподвижные зеркала, 5 и 6 –
эталонный и рабочий образец соответственно, 7 – фотоприемник.
Принцип действия сканирующего спектрофлуориметра
«Cary Eclipse» (Varian)
Источником излучения 1 в спектрофлуориметре являтся
ксеноновая импульсная лампа (Рис. 10). Монохроматор Черни-Тернера
2 представляет собой дифракционную решетку. Свет от ксеноновой
импульсной лампы попадает на данный монохроматор. В приборе
реализована схема регистрации люминесценции под углом в 90°.
Излученный образцом 4 свет проходит через второй монохроматор 6 и
подается на фотоэлектронный умножитель 7. Также в приборе имеется
система встроенных фильтров 3 и 5, с помощью которых можно
выделять узкую линию света.
Рис. 10. Принципиальная схема спектрофлуориметра «Cary Eclipse»
(Varian). 1 – источник излучения, 2, 6 – монохроматоры, 3, 5 –
система встроенных фильтров, 4 – образец, 7 – фотоэлектронный
умножитель.
22
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Измерение спектров поглощения
1. В две кварцевые кюветы налить чистый растворитель (н-гексан) и
поместить их в кюветное отделение прибора.
2. Запустить программу PerkinElmer UV WinLab (ярлык программы
расположен на рабочем столе). Имя пользователя: Analyst.
3. Из представленных методов выбрать и запустить метод CdSe and
CdSe-CdS.
4. Выбрать вкладку Data Collection и в окне Scan Settings установить
следующие значения: Start=800 нм, End=300 нм, Ordinate
Mode=A, Slit Width=1нм:
5. Во вкладке Sample Info задать количество образцов.
6. Нажать кнопку Start и далее кнопку OK; для обнуления данных и
уравнивания сигнала лучей.
7. По окончании процесса обнуления появится сообщение:
Прежде, чем начать измерения необходимо:
а) Вытащить ближайшую кварцевую кювету с растворителем;
23
б) Вылить растворитель из данной кюветы;
в) Налить в кювету разбавленный раствор квантовых точек в
таком же растворителе (н-гексан);
г) Поместить кювету с исследуемым раствором в кюветное
отделение прибора.
д) Нажать кнопку OK для начала измерения.
8. Для съемки спектров других образцов пункт 7 повторить
необходимое количество раз, каждый раз заменяя содержимое
ближайшей кюветы на исследуемый раствор.
9. После того, как все измерения закончатся, необходимо сохранить
данные на компьютере.
Для этого нужно нажать вкладку Reporting. В окне справа
поставить галочку в Output to file, далее нажать кнопку Setup:
На всплывающем окне во вкладке Data Export указать путь
сохранения и в вкладке Data поставьте галочку Spectrum Export File
(raw), расширение файла .ASC. После нажмите кнопку OK.
Далее нажмите кнопку File (слева в верхнем углу), выберите Save,
далее нажмите кнопку Task.
24
В всплывающем окне в строке Name дайте название создающейся
папке и нажмите кнопку Save.
10. После всех измерений закройте программу.
Измерение спектров люминесценции
1. В кварцевую кювету налить разбавленный раствор квантовых
точек и поместить в кюветное отделение спектрофлюориметра.
2. На рабочем столе компьютера открыть папку Сary Eclipse,
запустить приложение Scan.
3. Нажать кнопку Setup (слева), в появившемся окне во вкладке Cary
выбрать режим Emission и выставить указанные на рисунке
значения (уточняются преподавателем):
4. Далее перейти к вкладке Options и установить следующие
значения (уточняются преподавателем):
25
5. После заполнения необходимых полей нажать кнопку OK. Далее
на основном экране нажать кнопку START. Дать название образцу
и нажать кнопку OK для начала измерений.
6. В случае либо слишком низкой, либо высокой интенсивности
линии спектра люминесценции измерение повторить, выставив
значение PMT Detector voltage в режиме High (для увеличения
интенсивности) или Low (для уменьшения интенсивности).
7. После завершения всех измерений необходимо сохранить
полученные данные, для чего нажать кнопку File, далее кнопку
Save as и сохранить, указав место и название в двух форматах:
Batch (*.FBSW) и Spreadsheet Ascii (*.CSV).
Обработка полученных данных:
1. В программу обработки спектральных данных (например,
«Origin» или «Excel») импортировать файлы, полученные на
26
спектрофотометре и спектрофлуориметре; построить графики
поглощения и люминесценции, определить максимумы пиков
поглощения и люминесценции.
2. По пикам поглощения образцов определить средние размеры
квантовых точек CdSe по уравнению 8.
3. Сопоставить спектры люминесценции и размеры наночастиц
CdSe. Сделать выводы о зависимости положения пика
люмисценции от размера частиц.
Содержание отчета:
1. Теоретическая часть (краткие сведения);
2. Спектры поглощения и люминесценции образцов;
3. Расчеты;
4. Выводы по работе.
Основные требования к выполнению лабораторных работ
1. К лабораторным работам допускаются студенты, прошедшие
интруктаж по технике безопасности при работе в научных
лабораториях.
2. Приступать к выполнению лабораторной работы разрешается
только в присутствии преподователя, после оформления
конспекта в тетради и ознакомления с порядком работы.
3. Синтез квантовых точек выполняется при включенной тяге.
4. После синтеза, оставшиеся растворы слить в бутылку для
органических отходов.
5. При снятии спектров используются хрупкие кварцевые кюветы,
поэтому неоходимо соблюдать особую осторожность при работе с
ними.
6. После использования, кварцевые кюветы промыть чистым
растворителем и дистиллированной водой. Для удаления более
стойких загрязнений кюветы загрузить на некоторое время в
свежеприготовленную хромовую смесь, затем промыть
дистиллированной водой. Далее просушить и убрать в коробку.
27
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Электронное строение полупроводников с точки зрения зонной
теории.
2. Что такое квантовая точка? Какими уникальными свойствами она
обладает?
3. Квантово-размерные эффекты в полупроводниках.
4. Типы квантово-ограниченных структур.
5. Классификация квантовых точек по ширине запрещенной зоне.
6. Различие в формах наноразмерных полупроводников.
7. Многокомпонентные квантовые точки.
8. Стадии коллоидного синтеза квантовых точек.
9. Стабилизация квантовых точек в объеме растворителя.
10. Оптические методы исследования наночастиц.
11. Что такое оптическая плотность, люминесценция?
12. Люминесценция запрещенной зоны и рекомбинационных ловушек
полупроводниковых наночастиц.
13. Особенности синтеза квантовых точек в смешанных растворителях.
14. Оценка среднего размера квантовых точек по положению их пика
поглощения, зависимость цвета излучения от размера наночастиц.
28
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Питер, Ю. Основы физики полупроводников / Ю. Питер,
М. Кордона. – М. : Физматлит, 2002. – 560 с.
2. Суздалев, И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров,
наноструктур и наноматериалов / И. П. Суздалев. – М. : КомКнига,
2006. – 592 с.
3. Оптика наноструктур / С. В. Гапоненко [и др.]. – под ред. А. В. Федорова. СПб. : Недра, 2005. – 326 с.
4. Олейников, В. А. Флуоресцентные полупроводниковые
нанокристаллы в биологии и в медицине / В. А. Олейников,
А. В. Суханова, И. Р. Набиев // Российские нанотехнологии. – 2007.
– № 2. – С. 160–173.
5. Yu W.W. Experimental determination of the extinction coefficient of
CdTe, CdSe and CdS nanocrystals / W. W. Yu, L. Qu, W. Guo, X. Peng //
Chem. Mater. – 2003. – Vol. 15. – № 14, – P. 2854-2860.
6. Физико-химия наночастиц, наноматериалов и наноструктур
[Электронный ресурс] : учеб. пособие / А. А. Барыбин [и др.] –
Красноярск : СФУ, 2011. 1 электрон. опт. диск (CD).
7. Зимон, А. Д. Коллоидная химия наночастиц. Часть 1. Особенности
и свойства наночастиц. учеб. пособие / А. Д. Зимон, А. Н. Павлов. –
М. : МГУТУ, 2010. – 149 с.
8. Старостин, В. В. Материалы и методы нанотехнологии : учеб.
пособие / В. В. Старостин. ; под. общ. ред. Л. Н. – М. : Бином.
Лаборатория знаний, 2008. – 431 с.
9. Борисенко, С.И. Физика полупроводниковых наноструктур: учеб.
пособие / С.И. Борисенко. – Томск : Изд-во Томского
политехнического университета, 2010. –115 с.
10. Кодолов, В.И. Химическая физика процессов формирования и
превращений наноструктур и наносистем. Т. 1. Понятия,
классификация, гипотезы, получение и исследование наноструктур
и наносистем : монография / Н.В. Хохряков, В.И. Кодолов. —
Ижевск : ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2009. – 360 с.
29
СОДЕРЖАНИЕ
В
ведение
3 1. Основные понятия и определения
4
2. Классификация квантовых точек
7
3. Методы синтеза квантовых точек
10
4. Методы исследования квантовых точек
13 Лабораторная работа №1
16
Лабораторная работа №2
20 Основные требования по технике безопасности
27
Контрольные вопросы
28
Библиографический список
29
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]