1 / 20

Nanocsövek optikai tulajdonságai II: izolált nanocsövek fotolumineszcenciája

Nanocsövek optikai tulajdonságai II: izolált nanocsövek fotolumineszcenciája. T óth Sára MTA SZFKI. 2005. január 31. Lumineszcencia, mint vizsg álati módszer. Lumineszcencia : Az anyag hőmérsékleti sugárzása feletti többletsugárzás az adott energiatartományban.

ludwig
Download Presentation

Nanocsövek optikai tulajdonságai II: izolált nanocsövek fotolumineszcenciája

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Nanocsövek optikai tulajdonságai II: izolált nanocsövek fotolumineszcenciája Tóth Sára MTA SZFKI 2005.január31.

  2. Lumineszcencia, mint vizsgálati módszer Lumineszcencia: Az anyag hőmérsékleti sugárzása feletti többletsugárzás az adott energiatartományban. Optikai gerjesztés :-Nem-sugárzó átmenetek -Sugárzó átmenetek Fotolumineszcencia: Az anyag elektromágneses sugárzása az optikai hullámhossztartományban gerjesztő fény hatására. Hipotetikus energiaszint séma A fotolumineszcencia olyan vizsgálati módszer, mely alkalmas a sávhatárokhoz közeli és a tiltott sávban levő lokalizált állapotok vizsgálatára.

  3. Lumineszcencia főbb jellemzői Lumineszcencia spektrum: Lumineszcencia intenzitásának hullámhossz, illetve energia szerinti eloszlása. Gerjesztési spektrum: Lumineszcencia intenzitásának változása a gerjesztő hullámhossz illetve fotonenergia függvényében. → Arról tájékoztat, hogy milyen optikai átmenetek gerjesztenek hatékonyan lumineszcenciát. RF ködfénykisüléssel, metán plazmából (40 Pa, - 30 V) leválasztott a-C:H réteg három dimenziós emissziós-gerjesztési spektruma

  4. Izolált nanocsövek előállítása Probléma: - Nanocsövek előállítása során kötegek képződnek, melyek eltérő átmérővel és királis szöggel rendelkező nanocsövekből állnak → bonyolult elektronszerkezet - Fémes nanocsövek hatása miatt a lumineszcencia nem megfigyelhető és az abszorpciós spektrum kiszélesedik Cél: - Különböző átmérőjű nanocsövek egymástól való elkülönítése - Olyan kémiai borítás alkalmazása, mely megakadályozza a kötegekbe való visszatömörülést és elszigeteli az egyes nanocsöveket az őt körülvevő csövek hatásától M. J. O’Connell et al.: Science, Vol.297, 593-596 (2002)

  5. Izolált nanocsövek előállítása Megoldás: 1. Nanocső kötegek feloldása felületaktív nátrium dodecil szulfát (SDS) vizes oldatában (1 óra keverés) 2. Ultrahangos rázás (10 perc) 3. Centrifugálás (4 óra) (4. Polivinilpirrolidone-nal (PVP) való beburkolás) → Vizsgálandó anyag koncentrációja: 20-25 mg\l Nanocsövek hossza: 80-200 nm Nanocsövek átmérője: 0,7-1,1 nm Vízmentes szénhidrogén környezetben levő egyfalú nanocső modellje →

  6. Jelölés: (n,m) n: nanocső hossza (π*dt) m: királis szöge Ha (n-m) osztható 3-al ↓ fémes illetve félfémes a nanocső ↓ nem lumineszkál Félvezető egyfalú nanocsövek szerkezete a grafitsíkon

  7. Nanocsövek elektronszerkezete E22 (v2→ c2): második van Hove szingularitások közötti átmenet =ABSZORPCIÓ E11 (c1→ v1): első van Hove szingularitások közötti átmenet = FLUORESZCENCIA c3 E33 (v3→ c3): harmadik van Hove szingularitások közötti átmenet = ABSZORPCIÓ v3 Nem-sugárzó átmenetek: c2→ c1 v2→ v1 E11, E22 és E33 értéke a nanocső paramétereitől függ Félvezető SWNT állapotsűrűségi diagramja

  8. Nanocsövek abszorpciója A,B: Különböző CO nyomás mellett előállított minták (HiPco) (50ill. 30 atm)→ csúcsok helye azonos → csúcsok relatív intenzitása eltérő C: PVP hozzáadása SDS-hez → 900 nm felett a csúcsok vörös felé tolódnak és kiszélesednek D: Centrifugálás nélküli minta → 900 nm felett a csúcsok még inkább a vörös felé tolódnak és kiszélesednek A spektrumot relatívan éles csúcsok dominálják, melyek megfelelnek a sávok közötti átmeneteknek. → van Hove szingularitások közötti átmenetek E11 (800-1600 nm ), E22 (550-900 nm ) SDS-D2O oldatban levő egyfalú nanocsövek abszorpciós spektruma

  9. Nanocsövek abszorpciója A spektrumok szerkezete feltűnő hasonlóságot mutat Emissziós csúcsok 45 cm-1-el a vörös felé vannak tolódva az abszorpciós csúcsokhoz képest (termalizáció) ↓ Lumineszcencia a sávok közti átmenetből származik Izolált SWNT abszorpciós és emissziós spektruma

  10. Nanocsövek fotolumineszcenciája Gerjesztés: 300 - 930 nm (4.13 – 1.33 eV) Emisszió: 810 - 1550 nm (1.53 – 0,8 eV) E11 (c1→ v1) és E22 (v2→ c2) átmenetek E11 (c1→ v1) és E33 (v3→ c3) átmenetek SDS-ben oldott SWNT köteg szintvonalas ábrázolása S. M. Bachilo et al.: Science, Vol. 298, 2361-2366 (2002)

  11. Nanocsövek fotolumineszcenciája Adott emissziós csúcsok koordinátái megadják: - a gerjesztés energiáját (v2→ c2);E22=hc/λ22=hcΰ22 - az emisszió energiáját (c1→ v1); E11=hc/λ11=hcΰ11 Gerjesztés: 450 - 975 nm (2,76 – 1,27 eV) Emisszió: 800 - 1600 nm (1,55 – 0,75 eV) Cél: Annak a felderítése, hogy a mért emissziós csúcsok mely nanocsővel (n,m) vannak kapcsolatban Az előző ábrán levő bekeretezett rész kinagyítása

  12. Nanocsövek fotolumineszcenciája A gerjesztés és emisszió frekvenciaarányának a gerjesztő hullámhossztól való függése Mért adatok alapján A gerjesztés és emisszió frekvenciaarányának a gerjesztő hullámhossztól való függése Elméleti számolás alapján (tight-binding közelítés) (n-m)mod3=1 (n-m)mod3=2

  13. Rezonáns Raman mérések Radial Breathing Mode (RBM) frekvenciája egyszerű összefüggést mutat a nanocső átmérőjével. Raman szórás intenzitása jelentősen megnő, ha a gerjesztés frekvenciája pontosan megegyezik az adott nanocső optikai átmenetével A,B: paraméterek dt: nanocső átmérője Paraméterek optimalizálása: A = 223.5 cm-1 B = 12.5 cm-1

  14. Eredmények összevetése λ11, λ22, hν11, hν22: Lumineszcencia mérésekből kapott eredmények hullámhosszban és energiában megadva. Jósolt és mért RBM értékek összevetése. 33 azonosított nanocső (n,m), ha (n-m)mod3=1 (n,m), ha (n-m)mod3=2

  15. Egyenes illesztése az eredményekre: ahol dt: nanocső átmérője aCC: C-C kötéstávolság γ0: kölcsönhatási energia a szomszédos szénatomok között → szisztematikus eltérés figyelhető meg Optikai átmenetek a nanocső átmérőjének függvényében

  16. Eltérés oka: Trigonal warping effect A1 = -710 cm-1, ha (n-m)mod3=1 vagy A1 = 369 cm-1, ha (n-m)mod3=2 A2 = 1375 cm-1, ha (n-m)mod3=1 vagy A2 = -1475 cm-1, ha (n-m)mod3=2 Egyenestől való eltérés a királis szög függvényében

  17. Trigonal warping effect Közel azonos átmérőjű, de eltérő királis szögű fémes nanocsövek Van Hove szingularitások felhasadnak Állapotsűrűség diagram

  18. Kísérleti eredményekből meghatározott nanocső paraméterek (dt = 0.48 - 2.0 nm) R.B.Weisman and S.M.Bachilo: Nano Lett, Vol.3., No. 9. (2003)

  19. Nanocsövek fotolumineszcenciája Lumineszcencia intenzitás maximuma: 0,93 nm Királis szög csökkenésével az intenzitás is csökken → Ebben a mintában inkább armchair típusú nanocsövek vannak (HiPco) Adott módszerrel előállított nanocső mintában nem azonos valószínűséggel fordulnak elő a különböző típusú nanocsövek. Lumineszcencia intenzitás a nanocső királis szöge és átmérője függvényében

  20. Nanocsövek fotolumineszcenciája E11= Eemisszió = 1.417 eV (= 875 nm) E22 = Egerjesztés = 2,133 eV (= 581 nm) E22/E11 = 1.505 Általában: E22/E11 = 1.7 Elméletileg jósolt: E22/E11 = 2 Izolált SWNT gerjesztési spektruma (Emisszió: 875 nm) Oka: Exciton effektus Elektron-lyuk párok közötti Coulomb-kölcsönhatás következménye

More Related