Фотопроцессы, индуцированные лазерным излучением в растворах и пленках наночастиц CdSe/ZnS (151094)

Посмотреть архив целиком

На правах рукописи





ЗАХАРЧЕНКО Кирилл Викторович



фотопроцессы, индуцированные Лазерным излучением в растворах и пленках наночастиц CdSe/ZnS


01.04.21 - лазерная физика


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук






Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)


Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Чистяков Александр Александрович


Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Колесников Владислав Алексеевич,

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Варфоломеев Андрей Евгеньевич,


Ведущая организация: Центр Естественно-научных исследований

Института общей физики им. А.Н. Прохорова РАН

Защита состоится “ 29 ” мая 2007 г. в 15 ч 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.130.05 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу 115409, Москва, Каширское шоссе, 31, т. (095)324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан “ 26 ” апреля 2007 г.


Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.


Ученый секретарь

диссертационного совета И.Ю. Евсеев

Обшая характеристика работы


Актуальность темы:

Большой интерес к исследованию полупроводниковых наночастиц, или квантовых точек, CdSe и CdSe/ZnS связан с их уникальными свойствами, определяемыми эффектом размерного ограничения носителей [1]. В настоящее время существуют технологии получения монодисперсных ансамблей наночастиц CdSe/ZnS с разбросом по размерам, не превышающим 10% [2]. Показано, что наночастицы являются перспективным материалом для создания флюоресцентных меток и сенсоров, способным конкурировать с традиционными органическими красителями [2, 3].

Вместе с тем возрастает интерес к исследованию конденсатов наночастиц CdSe/ZnS. С точки зрения фундаментальной науки, пленки наночастиц представляют собой твердые тела из искусственных атомов, и изучение их свойств является интересной и актуальной задачей. Кроме того, создание пленок наночастиц открывает перспективы разработки перестраиваемых лазеров, новых оптоэлектронных приборов для различных областей науки и техники [4, 5].

Несмотря на довольно большое число работ, посвященных исследованию наночастиц CdSe/ZnS в растворе и в конденсированном состоянии, на сегодняшний день не решен ряд важных задач. Во-первых, остается открытым вопрос о создании стабильных пленок с предельно высокими концентрациями наночастиц, обладающих высокой однородностью и лучевой стойкостью. Основная трудность в этом направлении состоит в наличии на поверхности наночастиц слоев органических веществ, которые, с одной стороны, препятствуют их агрегации, но, с другой стороны, делают невозможным достижение предельно высоких концентраций в пленках.

Во-вторых, слабо изучены нелинейно-оптические свойства, и, вообще, механизмы взаимодействия мощного лазерного излучения c растворами и пленками наночастиц CdSe/ZnS. Вместе с тем понимание режимов взаимодействия мощного излучения с квантовыми точками необходимо для разработки новых лазеров на основе наночастиц CdSe/ZnS.

Целью данной диссертационной работы является исследование фотопроцессов в растворах и пленках с высокими концентрациями наночастиц CdSe/ZnS, индуцированных лазерным излучением видимого диапазона в широком интервале плотностей мощности излучения и температур, и возможности создания новых твердофазных люминофоров, активированных наночастицами CdSe/ZnS.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики получения пленок с высокой концентрацией наночастиц CdSe/ZnS, с высокой лучевой стойкостью, в которых сохраняется эффект размерного квантования.

2. Исследование люминесценции наночастиц CdSe/ZnS в растворе и в конденсированном состоянии при возбуждении лазерным излучением видимого диапазона в широком диапазоне плотностей мощности излучения, концентраций наночастиц и температур.

3. Исследование режимов воздействия мощного лазерного излучения видимого диапазона на пленки с высокой концентрацией наночастиц CdSe/ZnS.

4. Разработка и исследование новых твердофазных люминофоров, активированных наночастицами CdSe/ZnS.


Научная новизна работы

1. Получены пленки с концентрацией наночастиц CdSe/ZnS, близкой к предельной, в которых сохраняется эффект размерного квантования, обладающие высокой лучевой стойкостью.

2. Экспериментально обнаружен значительный сдвиг спектров поглощения и люминесценции без увеличения их ширины при переходе от раствора к пленкам с высокой концентрацией наночастиц CdSe/ZnS. Предложен механизм обнаруженного явления, заключающийся во взаимодействии дипольных моментов, обусловленных асимметрией наночастиц.

3. Впервые проведено сравнительное исследование наночастиц CdSe/ZnS и красителей родаминового ряда в растворе и в конденсированной фазе. Обнаружено, что в конденсированной фазе квантовый выход люминесценции наночастиц на два порядка превосходит квантовый выход люминесценции красителей.

4. Впервые проведено комплексное исследование антистоксовой люминесценции наночастиц CdSe/ZnS в растворе и в пленках в широком диапазоне температур, концентраций и плотностей мощности возбуждающего излучения. Показано, что механизм антистоксовой люминесценции наночастиц CdSe/ZnS является чисто тепловым.

5. Экспериментально обнаружено коротковолновое крыло в спектрах люминесценции наночастиц CdSe/ZnS при их лазерном возбуждении на первый уровень размерного квантования. Предложен механизм данного явления, заключающийся в преимущественном возбуждении лазерным излучением наночастиц малого размера

6. Впервые проведено исследование режимов воздействия мощного лазерного излучения видимого диапазона на пленки с высокой концентрацией наночастиц CdSe/ZnS. Показано, что пленки наночастиц размером 4 нм толщиной менее 20 нм стабильны при импульсно-периодическом воздействии лазерного излучения с  = 532 нм наносекундной длительности с плотностью мощности излучения меньшей, чем 1107 Вт/см2.

7. Впервые разработаны и исследованы люминесцентные порошки, активированные наночастицами CdSe/ZnS различных размеров. Показана возможность эффективного использования полученных порошков для лазерно-люминесцентных дактилоскопических экспертиз.


Практическая значимость полученных результатов.

Значимость работы обусловлена современным уровнем проведения эксперимента, а также использованием комплексной методики исследований, включающей атомно-силовую микроскопию, просвечивающую электронную микроскопию, лазерно индуцированную люминесценцию, лазерную интерферометрию. Практическая ценность работы в первую очередь определяется большим интересом к исследованию полупроводниковых наночастиц CdSe/ZnS, в особенности их конденсатов, с точки зрения создания новых лазеров, сенсоров, оптоэлектронных приборов.

В работе получены пленки с высокой концентрацией наночастиц, в которых сохраняется эффект размерного квантования, обладающие высокой лучевой стойкостью. Исследованы режимы воздействия мощного лазерного излучения на пленки с высокой концентрацией наночастиц. Показано, что взаимодействие наночастиц размером 4 нм в пленках с высокой концентрацией приводит к значительному красному сдвигу спектров поглощения и люминесценции без увеличения их ширины. Предложен механизм взаимодействия наночастиц, заключающийся во взаимодействии дипольных моментов, обусловленных асимметрией наночастиц. Данные результаты интересны с точки зрения понимания процессов взаимодействия наночастиц в пленках, в том числе под воздействием мощного лазерного излучения. Изучение процессов лазерного испарения пленок наночастиц открывает возможность создания различных поверхностных структур из наночастиц с использованием лазерной абляции. Кроме того, открывается перспектива лазерного напыления пленок наночастиц.

Впервые проведено сравнение люминесцентных свойств наночастиц с красителями родаминового ряда в растворе и в конденсированной фазе. Показано, что в конденсированной фазе квантовый выход люминесценции наночастиц на два порядка превышает квантовый выход красителей. Таким образом, несмотря на наличие взаимодействия, наночастицы даже в пленках с высокой концентрацией сохраняют большинство своих индивидуальных свойств. Показана перспективность использования наночастиц для создания твердофазных люминофоров. Впервые разработаны и исследованы люминесцентные порошки, активированные наночастицами CdSe/ZnS разных размеров. Показана возможность эффективного применения полученных порошков для лазерно-люминесцентных дактилоскопических экспертиз.

Впервые проведено комплексное исследование антистоксовой люминесценции наночастиц CdSe/ZnS в растворе и в конденсированной фазе. Показано, что механизм антистоксовой люминесценции наночастиц является чисто тепловым. Данный результат позволяет разрешить противоречия, существующие в интерпретации механизма антистоксовой люминесценции. Кроме того, открывается перспектива использования антистоксовой люминесценции для мониторинга нагрева наночастиц при мощном лазерном воздействии.


Случайные файлы

Файл
164000.rtf
5080.rtf
124803.rtf
30265.rtf
92934.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.