چکیده در این پایان نامه، نانوپودر zno:mn با درصدهای منگنز (15/0 و 10/0، 06/0، 02/0، 00/0) به روش سل ژل پلیمری سنتز گردید. با استفاده از تصاویر tem، اندازه ی نانوذرّات 35 نانومتر تخمین زده شد. طرح پراش پرتوی x نشان دهنده ی تشکیل فاز ورتسایت در دمای تکلیس °400 بود. تک فاز بودن نمونه ها، بر افزایش حلّالیت منگنز در ساختار zno دلالت داشت. ثابتهای شبکه با افزایش درصد منگنز رشد کردند ولی در نانوپودر zn0.85mn0.15o به شدّت حجم یاخته ی بسیط کاهش یافت. در دو ناحیه ی فروسرخ میانی و فرابنفش ثابتهای نوری تعیین شدند. در ناحیه ی فروسرخ میانی، با استفاده از طیف فروسرخ تبدیل فوریه (ftir) عبوری، نشان داده شد که با کوچک شدن ابعاد ذرّه در مقیاس نانو، علاوه بر قلّه ی جذبی مربوط به پیوند فلز-اکسیژن، یک شانه ی جذب نیز ظاهر شد. تأثیر ناخالصی منگنز، دمای تکلیس و فازهای ثانویه بر روی طیف عبوری ftir بررسی شد و به این نتیجه رسیدیم که طیف ftir می تواند نتایج حاصل از xrd را به خوبی تأیید نماید. شاخصهای نوری در محدوده ی فروسرخ با استفاده از روابط کرامرز-کرونیگ به دست آمد و رفتار پارامترهای نوری نانوپودر zn0.85mn0.15o نشان داد که منگنز می تواند با درجه های اکسیداسیون متفاوت در ساختار ظاهر شود. در ناحیه ی فرابنفش نیز، گاف نوری با استفاده از طیف جذب محاسبه شد که شاهد کاهش گاف نوری با افزایش درصد منگنز از 22/3 به 12/3 الکترون ولت به ترتیب برای نمونه های با درصد منگنز 00/0 و 10/0 بودیم. با استفاده از نانوپودرهای سنتز شده، نانوسرامیک ساخته شد و بررسی ویژگیهای وریستوری نشان داد که ضرایب غیرخطی نسبت به سرامیک سنتز شده از حالت کپه، بهبود یافته است. همچنین، اثر دمای تفجوشی و درصد افزودنی منگنز بر روی ویژگیهای وریستوری و میکروساختار نشان داد که با تغییر این دو پارامتر می توان به ویژگیهای یک وریستور خوب با ضریب غیرخطی بالا دست یافت. همچنین، نفوذپذیری مغناطیسی نمونه های تفجوش شده، رسم گردید و دمای کوری برای نمونه ی 160 کلوین برای zn0.94mn0.06o تعیین شد. لایه های نازک zno:mn نیز به روش اسپری پایرولیز سنتز گردیدند که تشکیل فاز ورتسایت را به خوبی شاهد بودیم تا جاییکه برای نمونه ی خالص zno، درصد شدّت نسبی صفحه ی پراشی [002] تا 92 % افزایش یافت. تصاویر sem گرفته شده از لایه ها، نشان دهنده ی یکنواختی مورفولوژی سطح و مناسب بودن دانه بندی لایه ها بود. تأثیر درصد منگنز و بازپخت بر ضریب شکست تحقیق شد. گاف نوری نیز با سه مدل متفاوت محاسبه شد که همگی آنها نشان دادند که با افزایش درصد منگنز، گاف نوری افزایش می یابد. در نهایت، اثر منگنز بر ویژگی مغناطونوری لایه های حاوی منگنز نشان داد که لایه ها در دمای اتاق، فرومغناطیس هستند.

پدیده اپتیک غیرخطی در بلورها موضوع بسیار پرکاربرد و با اهمیتی است . برای استفاده بلورها به عنوان افزاینده بسامد ورودی،مثل تولید هارمونیک دوم و تفاضل فرکانس ها، لازم است بعضی از کمیت های اپتیکی مربوطه،به عنوان نمونه پذیرفتاری الکتریکی، را داشته باشیم. برای محاسبه پذیرفتاری الکتریکی غیرخطی لازم است معادلات دیفرانسیل نوسانگر غیرهارمونیک به روش های تقریبی و یا عددی حل شوند. از آنجا که محاسبات عددی از دقت بالاتری نسبت به روش های تقریبی برخوردارند لذا در این پروژه معادله نوسانگرغیرخطی با استفاده از روش عددی fdtd به کمک نرم افزار matlab حل شده است. به عنوان نمونه در فرایند تولید بسامد مجموع در بلورهای بدون تقارن مرکزی پذیرفتاری الکتریکی مرتبه دوم محاسبه گردیده و مقدار متوسط 9-10×62واحد esu برای آن بدست آمده است. این مقدار با آنچه از طریق روش اختلال بدست آمده است مطابقت دارد.

کلسیم فلورید یا فلورایت هالیدی معدنی با فرمول شیمیایی caf2 و گاف انرژی ev12، است که به رنگ های مختلف آبی، صورتی، سبز، قرمز و سفید در طبیعت یافت می شود. کلسیم فلورید دارای ساختار مکعبی با ثابت شبکه ی? 4626/5 a = و متعلق به گروه فضایی fm3m می باشد. خواص منحصر به فرد اپتیکی از قبیل شفافیت بالا، ضریب شکست کم و پایداری شیمیایی این ماده سبب کاربردهای فراوان آن در ساخت شیشه ها و لنزهای اپتیکی گردیده است. در سال های اخیر خواص لومینسانسی و ترمولومینسانسی این ماده سبب کاربرد آن در ساخت لیزر های حالت جامد، لیتوگرافی، ترمودوزیمتری و برچسب گذاری مواد زیستی شده است. از دیگر کابرد های این نانو پودر نیز می توان به عنوان ماده ای روان ساز در صنعت فولاد و آلومینیوم، همچنین ساخت لایه های واسط و دی الکتریک و لیزر اگزایمر در پزشکی اشاره کرد. با ظهور فناوری نانو خواص مواد در این مقیاس تغییرات شگرفی را نسبت به مقیاس های بزرگ تر از خود نشان داده است که نانو ذرات کلسیم فلورید نیز از این قاعده مستثنی نیستند. لذا با توجه به اهمیت کاربردی فوق العاده ی این ماده و توجه به خاصیت لومینسانسی آن پژوهش های زیادی در سال های اخیر در زمینه ی سنتز نانو ذرات و نانو لایه های کلسیم فلورید و اندازه گیری خواص مختلف ساختاری و اپتیکی (مخصوصا خواص لومینسانسی) این ماده صورت گرفته است. در این پروژه نیز همگام با پیشرفت های روز دنیا در زمینه ی علوم و فناوری نانو با استفاده از ساده ترین امکانات و روش ها، نانوذرات کلسیم فلورید و نانوکامپوزیت پلیمری این نانو ذره را تولید و به مطالعه ی خواص مختلف ساختاری و اپتیکی این نانوساختارها پرداخته ایم. روند ارایه مطالب در این پایان نامه به شرح زیر می باشد: در فصل اول ساختار، فازها و کاربردهای کلسیم فلورید مورد بررسی و ارائه شده است. در فصل دوم به معرفی انواع مختلف نانوذرات، روش های متداول سنتز نانوذرات، و آشنایی با نانوکامپوزیت های پلیمری پرداخته ایم. در فصل سوم به خواص ساختاری و اپتیکی این نانوذره اشاره می کنیم. در فصل چهارم به کارهای تجربی انجام شده در این پروژه، که شامل سنتز نانو ذرات کلسیم فلورید با دو روش همرسوبی و هیدرترمال و ساخت نانوکامپوزیت پلیمر-کلسیم فلورید است، می پردازیم و در پایان، در فصل پنجم نتایج مربوط به ویژگی های ساختاری (tem, sem, xrd) و اپتیکی (uv-vis, pl) نمونه های سنتز شده ارائه و مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند.

در این پژوهش، نانوذرات نقره-دی اکسید قلع با ساختار هسته-پوسته با یک روش هیدروترمال ساده سنتز شدند و با واردسازی آن ها به ماتریس پلیمر پلی(وینیل الکل)، نانوکامپوزیت پلیمری متشکل از این ذرات آماده گردید. با لایه نشانی نانوکامپوزیت پلیمری بر روی بسترهای شیشه ای، با روش لایه نشانی غوطه وری، لایه های نازک این نانوکامپوزیت برای اندازه گیری های فیزیکی آماده شدند. سنتز نانوذرات ag@sno2 با مورفولوژی هسته-پوسته از طریق روش های شیمیایی نرم در فاز محلول آبی در دمای 60 درجه سانتیگراد انجام شد. تشکیل ساختار هسته-پوسته توسط جابجا شدن سرخ نوار پلاسمونی سطحی نانوذرات نقره (از 400 به 410 نانومتر) در طیف uv-vis آنها مشاهده شد که تصاویر tem نیز صحت این مشاهدات را تأیید کردند. ساختار و مورفولوژی نانوذرات و لایه های نازک به وسیله پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی بررسی شدند. خواص اپتیکی نانوساختارها نیز به وسیله طیف سنجی فرابنفش-مرئی، تبدیل فوریه فروسرخ، و فتولومینسانس مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بررسی های ساختاری نشان دادند که نانوکامپوزیت حاصل دارای فازهای فلز نقره و نیز دی اکسید قلع می باشد و هیچ گونه فاز مرکبی از ترکیبات نقره و قلع تشکیل نشده است. نتایج بررسی های اپتیکی حاکی از افزایش میزان جذب نور در اثر نشاندن پوسته sno2 بر روی هسته نقره در نمونه های کلوئیدی نانوذرات و لایه های نازک نانوکامپوزیت پلیمری است. همچنین حفظ خاصیت فتولومینسانسی و در بعضی نواحی تقویت آن، در مورد نانوذرات هسته-پوسته و نانوکامپوزیت پلیمری متشکل از آنها مشاهده گردید.

در این پایان نامه، از یکی از پدیده های فیزیکی بنام پلاسمون سطحی که در نانولایه های فلزی (گاز الکترون دو بعدی) رخ می دهد، جهت طراحی نظری یک نانوحسگراپتیکی با دقت بسیار بالا استفاده می کنیم. در آغاز با پدیده ی تشدید پلاسمون سطحی spr آشنا می شویم و سپس پیوند بین امواج الکترومغناطیس و پلاسمون سطحی را مورد بحث قرار می دهیم. بر اساس روش نظری ماتریس جابجایی، برنامه محاسباتی برهم کنش نور فرودی بر یک لایه ی نازک فلزی که روی یک منشور نشانییده شده را فراهم نموده و منحنی های مربوط به نور بازتابیده بر حسب زاویه ی تابش محاسبه می شود. محاسبات ما نشان می دهد که بخاطر برهم کنش بین نور فرودی با پلاسمون های سطحی فلز، شدت نور بازتابیده تابعی از زاویه ی تابش است و در زاویه ی خاصی کمینه می شود. مقدار کمینه ی ضریب انعکاس و زاویه ی مربوط به آن بستگی به نوع فلزو ضخامت آن دارد. اکنون اگر یک ماده ی دی الکتریک مثل آب یا مواد شیمیایی یا مواد زیستی را روی سطح فلز قرار دهیم، بخاطر برهم کنش بین چگالی بارهای الکتروستاتیک آن و گازالکترون دوبعدی، فرکانس پلاسمون تغییر نموده و در نتیجه مقدار زاویه ی مربوط به کمینه ی ضریب انعکاس تغییر خواهد کرد. از این تغییر می توان برای حسگری مواد شیمیایی و زیستی مختلف استفاده نمود. محاسبات ما مطالب فوق را تایید می کند و زمینه را برای طراحی یک نانوحسگر اپتیکی بر مبنای تشدید پلاسمون سطحی فراهم می کند. واژگان کلیدی: تشدید پلاسمون سطحی، روش ماتریس جابجایی

چکیده ندارد.

خواص ساختاری، الکترونیکی و اپتیکی اکسید ایندیم خالص و آلاییده با sc ، y ، la و ac بصورت نظری و تجربی بررسی شده است. در انجام محاسبات نظری از روش پتانسیل کامل موج تخت افزوده شده خطی(fp-lapw) و از تقریب چگالی موضعی، که پتانسیل هوبارد به آن اضافه شده (lda+u)، استفاده گردیده است. نتایج محاسبات نظری نشان می دهد که اکسید ایندیم دو نوع گاف نواری دارد و نیز گاف نواری اکسید ایندیم آلاییده با sc و y ،در مقایسه با اکسید ایندیم خالص، افزایش یافته و با la و ac کاهش می یابد. این ناخالصی ها مقدار جرم موثر الکترونها را در ته نوار رسانش افزایش می دهند. مقدار ضریب شکست بدست آمده برای اکسید ایندیم 1/69 در طول موج nm800 است ،که نزدیک به ناحیه مرئی است. نمونه های تجربی بصورت لایه نازک و با استفاده از روش اسپری پایرولیز در دمای 500 درجه سانتیگراد تهیه شدند. گاف نواری اپتیکی اندازه گیری شده برای نمونه های اکسید ایندیم خالص ev 4/1 بدست آمد. افزودن y و la به اکسید ایندیم به ترتیب سبب افزایش و کاهش مقدار گاف می شود. روند افزایش و کاهش اندازه گاف مربوط به افزودنیها در دو روش نظری و تجربی سازگاری خوبی با یکدیگر دارد و در توافق با نتایج دیگران است.