Skip to main content
SUPERVISOR
Hadi Salamati mashhad,Mehdi Ranjbar,Hossein Farrokhpour
هادی سلامتی مشهد (استاد راهنما) مهدی رنجبر (استاد راهنما) حسین فرخ پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ameneh Farnood
امنه فرنود

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
In this thesis, our attempts are to identify the presence of hydrogen by using the plasmonic properties of gold nanoparticles and selecting a hydrogen gas sensitive environment around gold nanoparticles. In the first part, gold nanoparticles were prepared by pulsed laser ablation (PLA) of gold target in DI water. PdCl2 solution with different concentration was added to the obtained gold nanoparticles colloidal solutions. X-ray diffraction (XRD) confirmed the formation of metallic gold and presence of PdCl2 phases. Transmission electron microscope (TEM) images along with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed formation of the core-shell-like structures of Pd2 #43;/Au . After hydrogenation, TEM revealed that the core-shell morphology changes into free and XPS revealed formation of the metallic Pd phase. In fact, gold nanoparticles have a negative surface charge and absorb the Pd2 #43; ion, according to the coulomb attraction, leading to the displacement of the plasmon peak of gold to shorter wavelengths. After hydrogenation, the gold plasmonic peak shifts to longer wavelengths. With this system, a desirable detection capability for low concentrations of hydrogen (0.3% H2 in Ar) was observed. In the second part, nanoislands gold thin films were fabricated by pulsed laser deposition (PLD) method on quartz substrates at different substrate temperatures of 25, 300, 450 and 600 °C. A thin (4-5 nm) Pd film as hydrogen catalyst over-layer was sputter deposited on Au films. As the sub-layer temperature increases, the distances between the gold nanoparticles increase, and due to plasmonic coupling effect, the gold plasmon peak shifts to shorter wavelengths. After hydrogenation, the volume of palladium increases, leading to surface tension and formation of small cracks on the surface. Due to the uniformity of the surface in the 25 ? temperature sample before and after hydrogenation, it caused more changes, and led to further displacement in the gold plasmon peak and detected 0.2% H2 in Ar. Finally, in the last part of this study, plasmonic sensing of gold nanoparticles solution was investigated in the presence of PdCl2 and WO3 solution. The WO3-Pd2 #43; solution has clear color, which turns blue in the presence of hydrogen gas, and can lead to the displacement of the gold plasmon peak. Samples with different molar concentrations were made and its plasmonic sensory properties were investigated.
در این رساله سعی بر این است که با استفاده از خواص پلاسمونی نانوذرات طلا و انتخاب محیطی حساس به گاز هیدروژن در اطراف نانوذرات طلا، حضور هیدروژن را به روش پلاسمونی شناسایی کرد. در قسمت اول از پژوهش پیش¬رو، محلول نانوذرات طلا به روش کندوسوز لیزر پالسی Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر در محیط آب دیونیزه شده، سنتز وسپس حسگری پلاسمونی آن در حضور محلول PdCl2 بررسی می-شود. الگوی پراش پرتو ایکس(XRD)، تشکیل نانوذرات طلا و حضور فازهای PdCl2 را تایید می¬کند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به همراه طیف¬¬نگاری فوتوالکترونی اشعه ایکس (XPS)، ساختار هسته-پوسته مانند Pd2 #43;/Au را آشکار می¬کند. درواقع نانوذرات طلا دارای بار سطحی منفی است و طبق جاذبه کولنی یون Pd2 #43; را جذب می¬کند و منجر به جابجایی قله پلاسمونی طلا به سمت طول موج¬های کوتاه¬تر می¬شود. بعد از هیدروژن¬دهی ساختار هسته- پوسته مانند تغییر می¬کند و یون پالادیم از اطراف نانوذرات طلا کنار رفته و pd فلزی شکل می¬گیرد. در نتیجه قله پلاسمونی طلا به سمت طول موج¬های بلندتر جابجا می¬شود. توسط این سیستم، توانستیم غلظت¬های کمتر از 4% هیدروژن (3/%0) را شناسایی کنیم. در بخش دوم، نانوجزیره¬های طلا به روش لایه نشانی لیزر پالسی بر روی زیر لایه کوارتز در چهار دمای 25، 300، 450 و °C 600 لایه نشانی شد. سپس لایه نازکی از پالادیم به عنوان کاتالیست گاز هیدروژن به روش کندوپاش بر روی نانوجزایر طلا نشانده شد. نمونه¬های دمای 25 وC° 300، سطحی نسبتا یکنواخت فراهم می¬آورد در حالیکه دمای 450 وC° 600 منجر به تشکیل جزیره¬هایی شامل نانوذرات کروی طلا می¬شود. با زیاد شدن دمای زیر لایه، فواصل نانوذرات طلا زیاد شده و به علت کم¬شدن اثر جفت شدگی پلاسمونی، قله¬ی پلاسمونی طلا به سمت طول موج¬های کوتاه¬تر جابجا می¬شود. بعد از هیدروژن¬دهی در غلظت¬های مختلف هیدروژن (صفر تا 10%)، حجم پالادیم افزایش یافته و منجر به تنش سطحی و ایجاد ترک¬های ریزی در سطح می¬شود. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FE-SEM)، به علت یکنواختی سطح در نمونه دمای C° 25، تغییرات بیشتری را نسبت به سایر نمونه¬ها، قبل و بعد از هیدروژن دهی ایجاد کرده ومنجر به جابجایی بیشتر، در قله پلاسمونی طلا می-شود. توسط این روش توانستیم تا غلظت 2/0% هیدروژن در محیط را شناسایی کنیم. نهایتاً در قسمت آخر این پژوهش، حسگری پلاسمونی محلول نانوذرات طلا، درحضور محلول PdCl2 و محلول WO3 که به روش الکترواکسیداسیون سنتز شد، مورد بررسی قرار گرفت. محلول WO3-Pd2 #43; شفاف رنگ بوده که در حضور گاز هیدروژن، آبی رنگ می¬شود و می¬تواند منجر به جابجایی قله پلاسمونی طلا شود. نمونه¬هایی با غلظت مولی مختلف ساخته و خواص حسگری پلاسمونی آن بررسی شده است.در این قسمت خواص پلاسمونی طلا همزمان با خواص رنگزایی محلول WO3-Pd2 #43; مورد استفاده قرار گرفته و منجر به جابجایی بیشتر قله پلاسمونی طلا در غلظت 10% هیدروژن شده است. حسگر لایه نازک Pd/Au پاسخ بهتری نسبت به دو حسگر دیگ نشان داده است و توانسته غلظت¬های کمتر هیدروژن (2/0%) را شناسایی کند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی