Реферат: Фотопроцессы, индуцированные лазерным излучением в растворах и пленках наночастиц CdSe/ZnS
Реферат: Фотопроцессы, индуцированные лазерным излучением в растворах и пленках наночастиц CdSe/ZnS
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 l = 532 нм наносекундной длительности с
плотностью мощности излучения меньшей, чем 1×107
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.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Получены и исследованы пленки наночастиц CdSe/ZnS
размером 4 нм с концентрацией на уровне 1×1019
см-3, в которых сохраняется эффект размерного квантования. Показано,
что фотофизические свойства полученных пленок остаются неизменными при
воздействии наносекундных импульсов лазерного излучения с длиной волны 532 нм и
плотностью мощности до 1×106 Вт/см2.
Страницы: 1, 2, 3, 4 |
