دراسة الخواص المورفولوجية والبصرية (الخطية واللاخطية) للجسيمات النانوية كمحدد بصري

الباحث

حيدر حسين حمود الأعرجي

المشرف

قصي محمد سلمان

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية العلوم للبنات / فيزياء الليزر

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Nanoparticles ; Optical Limiting ; Nonlinear Optics ; Morphological Properties

تهدف هذه الدراسة الى دراسة الخواص المورفولوجية والبصرية الخطية واللاخطية لجسيمات نانوية معدنية وأحد اكاسيد المعادن لتوضيفها كمحدد بصري بالإضافة الى عمل خلطات من هذه المواد لاثراء الخواص البصرية وخواص المحدد البصري. ان المواد التي تم استخدامها في هذه الدراسة هي (جسيمات الفضة النانوية الكروية واسلاك الفضة النانوية وجسيمات الذهب النانوية الكروية وجسيمات النحاس النانوية الكروية واسلاك النحاس النانوية وجسيمات أوكسيد الحديد النانوية). تم دراسة الخواص المورفولوجية لغرض تحديد شكل وحجم الجسيمات قيد الدراسة لجميع المواد وكذلك الخواص المورفولوجية للخلطات المحضرة من خلال تحليل الصور المستحصلة من المجهر الالكتروني الماسح. أظهرت النتائج ان جسيمات (Ag NPs) كروية وبحجم سائد مقداره (V+) نانومتر. وان (Ag NWs) ذات ثلالثة اقطار (Yee ٠٠١ coe) نانومتر وبطول واحد لجميعها مقداره يتراوح (5- +0( مايكرومتر. كانت نتائج (AU NPS) انها جسيمات كروية وبثلاثة حجوم (Ee TA) Ga Baile نانومتر. اما (Cu NPs) فانها كانت كروية Loo! وبحجمين سائدين الأول )+0( نانومتر والثاني (19-30) نانومتر. اما اسلاك النحاس النانوية فكانت بقطر (50) نانومتر وبطول مقداره (O+) مايكرومتر. كانت نتائج (Fe2O3) انها جسيمات نانوية بشكل شضايا وبحجم سائد مقداره (15) نانومتر. اما نتائج الخلطات والتي كانت أربعة خلطات الأولى (Ag NWs D200+Cu2) بنسبة )1:1( لمعلقها في الايثانول المطلق وبتركيز )١,١7( مليغرام/ sills وتم استخدام Cle gall فوق الصوتية لاجراء عملية الخلط واظهرت نتائج صور المجهر الالكتروني الماسح حدوث تلاصق سطحي بين جسيمات النحاس الناوية الكروية واسلاك الفضة النانوية كان له الأثر في اظهار نتائج مغايرة للخواص البصرية الخطية واللاخطية وخواص المحدد البصري لمكونات مواد هذه الخلطة منفردة. اما الخلطة الثانية فكانت (Cu NWs D50+Ag NPs) وبنفس النسب الحجمية للخلطة الأولى واظهر النتائج ايضاً حدوث التصاق سطحي بين المادتين. الخلطة الثالثة كانت Nano fragments + Ag NPs) 26203) بنسبة )1:7( لمعلقها في الايثانول المطلق بتركيز )+( مليغرام/ مليلتر. تمت عملية الخلط بطريقتين مختلفتين الأولى باس تخدام الليزر البنضي والثانية باستخدام الموجات فوق الصوتية واظهرت النتائج حدوث تركيب جديد بينها وهو تركيب لب-غلاف. اما الخلطة الرابعة (Fe203 Nano fragments + Cut) فكانت بنفس النسب الحجمية للخلطة الثالثة وبنفس طريقتي الخلط للخلطة الثالثة وكانت النتائج كما للخلطة الثالثة ايضاً. تم دراسة خواص الامتنصاص البصري لمعلقات جميع المواد والخلطات في الايثانول المطلق بثلاثة تراكيز eA 9 ٠,٠54( و59١,0١) مليغرام/ مليلتر . us تم حساب معامل الامتصاص الخطي ,والنفاذية الخطية لجميع المعلقات ولجميع التراكيز وتحديد عرض نطاق وقمة الامتصاص ككل مادة واظهرت النتائج معدلات امتصاص خطية منخفضة لجميع عينات المواد النانوية. وكذلك تم قياس معامل الانكسار الخطي لجميع معلقات المواد والخلطات. تم دراسة الخواص البصرية اللاخطية لجميع المواد والخلطات بجميع التراكيز باستخدام تقنية المسح على المحور الثالث وباستخدام أربعة اطوال موجية )£50 و57 57709 و )15٠ نانومتر من ليزر اشباه الموصلات المستمر. اظهرت النتائج لجميع المواد ان لها معامل انكسار لاخطي سالب ناتج من عملية إعادة التبئير الذاتي. ان معامل الانكسار اللاخطي يزداد بزيادة التركيز لكل مادة. أظهرت نتائج معامل الانكسار اللاخطي للخلطات قيم مغايرة لقيم المواد الموكونة منها. أظهرت النتائج عدم وجود امتصاص لاخطي لجميع لاما ما ما 2 2 2 سر ا ES معلفات المواد والخلطات. بالاعتماد على على نتائج معامل الانكسار الخطي واللاخطي تم حساب الجزء الحقيقي لقابلية المرتبة الثالثة اللاخطية لجميع معلقات المواد والخلطات. تم تسجيل cle! قيم (2م) و ( Re (yO) لل (Cu2) عند الطول الموجي (577) نانومتر وشدة (5,418) ميكاواط/م' وكانت قيمها 1/4 راع [Ta (VV ex ١,55053١5 واط و MV ex OLY وهلارةير ١ه (VX TIA (وحدة شحنة كهروستاتيكية) على الترتيب. تم تسجيل اقل قيم (Mo) و )72 (Re GLa all النانوية ل (Fe2O3) للتركيز (5 ٠.٠١ مليغرام/مليلتر)عند الطول الموجي )5٠5( نانومتر وشدة )1,0( ميكاواط/م" وكانت قيمها (Ma (1) 1 KY, VE) واط و )'١١9,177( (وحدة شحنة كهروستاتيكية) على الترتيب. تم دراسة خواص المحدد البصري لجميع معلقات المواد والخلطات باستخدام طولين موجيين 5٠5١ و (OTT نانومتر. أظهرت النتائج ان ان لجميع المواد خواص تحديد بصري عند الطولين الموجيين المستخدمين ما عدى جسيمات الذهب النانوية الكروية حيث لم تظهر لها خواص تحديد بصري عند الطول الموجي (OTT) نانومتر للتركيزين (5 ٠,٠ و08,١) مليغرام/ مليلتر وكذلك شظايا أوكسيد الحديد النانوية لنفس الطول الموجي ولجميع التراكيز. أظهرت النتائج ان قيم قدرة العتبة وقدرة التحديد لجميع المواد تنخفظ بزيادة التركيز وزيادة الطول الموجي. أظهرت نتائج المحدد البصري للخلطات المخلوطة بطريقة الموجات فوق الصوتية ظهور محدد بصري بمرحلتين عند الطول الموجي )5٠5( نانومتر. 3ي--هه عع ججح ل # سس سسشسشمشملستة

This study aims to investigate the morphological properties, linear and nonlinear optical properties of metallic nanoparticles and one of the metal oxides to be used as an optical limiter in addition to making mixtures of these materials to enhance optical limiting properties. The materials that were used in this study are (spherical silver nanoparticles (Ag NPs), silver nanowires (Ag NWs), spherical gold nanoparticles (Au NPs), spherical copper nanoparticles (Cu NPs), copper nanowires (Cu NWs), and iron oxide Nano fragments (Fe2O3 Nano fragments). The morphological properties were studied for determining the shape and size of the particles under study for all prepared samples and prepared mixtures by analyzing the images obtained from (SEM). The results of (Ag NPs) were that they are spherical in shape with a predominant size of (70) nm. (Ag NWs) are of three diameters (50, 100, 200) nm and one length, all of which ranges from (5-50) microns. The results of (Au NPs) were that they are spherical in shape with three dominant sizes (4, 6 and 8) nm. The (Cu NPs), they were also spherical in shape with two dominant sizes. The first (50) nm and the second (90-99) nm. As for the (Cu NWs), they were (50) nm in diameter and (50) micron in length. The results of (Fe2O3) nanoparticles were that they are nanoscale in the form of fragments and with a predominant size of (65) nm. As for the results of the mixtures, which were four mixtures, the first was (Ag NWs D200 + Cu2) with volume ratio (1:1) in absolute ethanol. The mixing was done by using ultrasonic waves. The results of (SEM) images showed, that the occurrence of surface adhesion between the spherical copper nanoparticles and the silver nanowires. The second mixture was (Cu NWs D50 + Ag NPS) in the same volume proportions as the first mixture and same method of preparation. The results also showed, that the occurrence of superficial adhesion between the two materials. The third mixture was (Fe2O3 Nano fragments + Ag NPs) with volume ratio (1:3) of their suspensions in absolute ethanol with concentration (0.12) mg/ml. The mixing process was done by two different ways (pulsed laser and the ultrasonic waves). The results showed, that the occurrence of a new structure between them, which is the structure of the core-shell. As for the fourth mixture (Fe2O3 Nano fragments + Cu1), it was in the same volume proportions as the third mixture and in the same mixing methods for the third mixture, the results were the same as for the third mixture. The optical absorption properties of prepared samples and mixtures in absolute ethanol at three concentrations (0.04, 0.08 and 0.12) mg/ml were studied. The linear absorption coefficient () and transmittance were calculated for all prepared samples, and the absorption bandwidth and peak were determined for each suspension of material. The results showed low linear absorption rates for all materials. All samples except the Fe2O3 Nano fragments showed a good absorption bandwidth within the visible region of the electromagnetic spectrum. All samples have a low linear absorbance and high transmittance. In addition, the linear refractive index was measured for all suspensions of materials and mixtures. The nonlinear optical properties of all materials and mixtures at all concentrations were studied by using the Z-scan technique with using four wavelengths (405, 473, 532 and 650) nm of continuous semiconductor laser (CW). The results showed that all materials have a negative (n2) resulting from the self- defocusing process. The results showed that there was no nonlinear absorption for all materials and mixtures. The (Re (ଷ)) was calculated for all prepared samples and mixtures. The highest values of the n2 and the Re(ଷ) of Cu2 nanoparticles suspension in absolute ethanol for the three concentrations used were recorded at the wavelength of (473 nm) and the intensity of (4.98 Mw/m2) and their values were (1.13795×10-10, 1.23016×10-10 and 1.32163×10-10) m2/W and (5.32×10-5, 5.75×10-5 and 6.18×10-5) esu respectively. The lowest values of the n2 and the Re(ଷ) were recorded for the suspension of Fe2O3 Nano fragments in absolute ethanol with a concentration of (0.04 mg/ml) at a wavelength of (405 nm) and an intensity of (13.5 Mw/m2) and their values were (1.94×10-12 m2/W) and (9.12×10-7 esu) respectively. The optical limiting properties of all suspensions and mixtures were studied by using two wavelengths (405 and 532) nm. The results showed that all materials have optical limiting properties at the two wavelengths used, except for spherical gold nanoparticles, which did not have optical limiting properties at (532) nm for the two concentrations (0.04 and 0.08) mg/ml, as well as iron oxide Nano fragments for the same wavelength and for all concentrations. The results showed that the values of the threshold power and the limiting power for all materials decreased with increasing concentration and wavelength. The results of the optical limiting for the mixtures which they mixed by ultrasonic method, showed the appearance of a two- stage optical limiter at the wavelength (405) nm.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب