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

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 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 شعاع­های مختلف………. 62

فصل پنجم      نتیجه گیری و پیشنهادات

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

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

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

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

a13 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؟

b13  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.

فصل دوم

فصل دوم: مطالعات نظری

مقدمه

“در پایین فضای کافی وجود دارد” این جمله عنوان سخنرانی ریچارد فاینمن در سال 1959 در انجمن فیزیک امریکاست. وی در سخنرانی مشهور خود، به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت و توجه دانشمندان را به توانایی بشر برای دست‌کاری مواد در مقیاس اتمی جلب نمود. ایشان که پایه‌گذار نانوتکنولوژی شناخته می‌شوند، عقیده داشتند، مشکلات موجود در علوم مختلف در صورتی قابل حل است که دانشمندان در سطوح اتمی توانایی مطالعه و بررسی داشته باشند]9[. البته استفاده از نانو مواد برخلاف تصور عمومی، دارای سابقه‌ی تاریخی طولانی می‌باشد و نقطه شروع استفاده از مزایای نانوساختارها توسط انسان مشخص نیست. اما این استفاده فقط بر اساس کشفیات اتفاقی بوده و دلیل علمی آن‌ها ناشناخته بوده است. برای مثال رومی‌ها چهار قرن قبل از میلاد، از نانوذرات فلزی برای رنگ‌آمیزی شیشه‌ها بهره می‌گرفتند]10[.

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کم‌تر از یک میکرومتر، معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوتکنولوژی فهم و بکارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی از خود نشان می‌دهند؛ که این موضوع عمدتاً به علت غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک به وجود می‌آید]11[.

2-1- روش‌های تولید نانو مواد

 اصلی‌ترین روش‌های ساخت مواد نانو را می‌توان در دو روش کلی 1- روش بالا به پایین و         2- روش پایین به بالا خلاصه نمود.

2-1-1- روش بالا به پایین

در این روش با استفاده از یک سری ابزارها، مواد از جسم حجیم جدا شده و جسم کوچک می‌شود تا به اندازه‌های نانومتری برسد.

2-1-2- روش پایین به بالا

این روش درست در جهت مخالف روش بالا به پایین می‌باشد، در این روش مواد نانو با استفاده از به هم پیوستن بلوک‌های سازنده مانند اتم‌ها و مولکول‌ها و قرار دادن آن‌ها در کنار یکدیگر و یا استفاده از خودآرایی تولید می‌شوند. خودآرایی عبارت است از طراحی مولکول‌ها و ابر مولکول‌هایی که اساس تشکیل آن‌ها مکمل بودن شکل ساختاری است. باید توجه داشت که اتم‌ها و مولکول‌ها همیشه در جایی که مورد نظر ماست قرار نخواهند گرفت و عاملی که محل قرارگیری آن‌ها را تعیین می‌کند انرژی آن‌هاست، به این صورت که مولکول‌ها در جایی قرار خواهند گرفت که کم‌ترین انرژی آزاد را داشته باشند و به سمت انرژی آزاد منفی تمایل دارند. انرژی آزاد در یک سیستم به وسیله استحکام پیوندها و آنتروپی تعیین می‌شود]12[.

2-2- روش‌های تولید نانو طلا و نقره

2-2-1- سنتز فاز بخار

سنتز فاز بخار ذرات، برای تولید نانوذرات فلزی مناسب است به این صورت که مخلوط فاز بخار به طور دینامیکی ناپایدار است تا مواد در حد نانو تهیه شود، ذرات به صورت همگن هسته‌گذاری می‌کنند و بعد از یک بار مرحله هسته‌گذاری، بخار فوق اشباع باقی مانده به وسیله متراکم شدن و واکنش با ذرات باعث رشد ذره‌ها می‌شود، در این جا رشد ذره بیش از مرحله هسته‌گذاری اتفاق می‌افتد (در ابتدا باید بخار فوق اشباع تشکیل داد به این صورت که یک جامد را حرارت می‌دهیم تا به صورت بخار در یک گاز پایه درآید، سپس با یک گاز سرد آن را مخلوط می‌کنیم تا دمای آن کاهش یابد بعد از این مرحله باید سیستم را خاموش کرد که با برداشتن منبع بخار فوق اشباع یا کاهش سینیتیکی واکنش انجام می‌شود و از رشد ذرات جلوگیری می‌شود).

2-2-2- الکتروشیمیایی

برای تهیه نانوذرات طلا و نقره از طریق روش‌های الکتروشیمیایی نیز اقداماتی شده است که سایز ذرات با تنظیم شدت جریان تغییر می‌کند. در روش‌های الکتروشیمیایی در تولید نانوذرات اثرات پارامترهای گوناگون مثل دما، جنس کاتد، اورولتاژ، دانسیته جریان، زمان، نوع الکترولیت بر روی اندازه و ساختار ذرات بررسی شده است یکی از روش‌های سنتز نانوذرات فلزی طی روش الکتروشیمی الکتروپالس است این روش بر پایه استفاده از الکتروشیمی پالسی و شیمی صوت است و به تجهیزات بالا احتیاج دارد. روشی برای جانشینی الکتروستاتیکی طلا روی سطح الکترود در الکتروشیمی و ایجاد باند بین طلا با تیول‌ها و دی‌سولفیدها گزارش شده است.

تعداد صفحه :83

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید