Читайте также:
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Евразийский Национальный Университет имени Л.Н.Гумилева
Жумашев Н.К
Оптические и люминесцентные свойства квантовых точек Pb-S.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
специальность 050723 – «Техническая физика»
Астана 2013
| Министерство образования и науки Республики Казахстан Евразийский Национальный Университет имени Л.Н.Гумилева «Допущен к защите» ___________ Заведующей кафедрой___________ профессор, С.К.Тлеукенов ДИПЛОМНАЯ РАБОТА На тему: «Оптические и люминесцентные свойства квантовых точек Pb-S» по специальности 050723 – «Техническая физика» Выполнил Н.К. Жумашев Научный руководитель Старший преподователь, к.ф-м-н. А.Ж. Кайнарбай Астана 2013 |
СОДЕРЖАНИЕ
| СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ……………………………………………………. | ||||||||||||||||||||||||||
| ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….. | ||||||||||||||||||||||||||
| 1. Природа квантовых точек…………………………………………………… | ||||||||||||||||||||||||||
| 1.1История создания квантовых точек ………………………………………… | ||||||||||||||||||||||||||
| 1.2 Квантовые точки……….. | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА…………………………………………... | ||||||||||||||||||||||||||
| 2.1.1 Люминесценция…………………... | ||||||||||||||||||||||||||
| 2.1.2 Особенности нанокристаллического состояния ………………….. | ||||||||||||||||||||||||||
| 2.1.3 Оптические свойства квантовых точек ………………….. 2.2 Описание установки спектрофлуориметр СМ 2203 ……………… 2.2.1Установка и работа на спектрофлуориметре СМ 2203 …………… 2.2.2 Общий вид спектрофлуориметра СМ 2203 ………………… 3.Эксперементальная часть…………………………… 3.1Синтез нанокристаллов Pb-S. 3.2 Спектры поглощения Pb-S. | ||||||||||||||||||||||||||
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
НК – нанокристаллы
КТ - квантовые точки
ФСВЛ – фотостимулированной вспышки люминесценции
ЭВ – экситонные возбуждения
ИК – инфракрасный
УФ – ультрафиолетовый
БИК – ближний инфракрасный
А3В5- полупроводниковые соединения
ВВЕДЕНИЕ
1. Природа квантовых точек
Квантовые точки (КТ) – это изолированные нанообъекты, свойства которых существенно отличаются от свойств объемного материала такого же состава. Сразу следует отметить, что квантовые точки являются скорее математической моделью, нежели реальными объектами. И связано это с невозможностью формирования полностью обособленных структур – малые частицы всегда взаимодействуют с окружающей средой, находясь в жидкой среде или твердой матрице.
Чтобы разобраться в том, что такое квантовые точки, и понять их электронное строение, представьте себе древнегреческий амфитеатр. Теперь вообразите, что на сцене разворачивается увлекательное представление, а зрительские ряды наполнены публикой, пришедшей посмотреть игру актеров. Так вот оказывается, что поведение людей в театре во многом похоже на поведение электронов квантовой точки (КТ). Во время представления актеры передвигаются по арене, не выходя в зрительский зал, а сами зрители следят за действием со своих мест и не спускаются на сцену. Арена – это нижние заполненные уровни квантовой точки, а зрительские ряды – возбужденные электронные уровни, обладающие более высокой энергией. При этом как зритель может находиться в любом ряду зала, так и электрон способен занять любой энергетический уровень квантовой точки, но не может располагаться между ними. Покупая в кассах билеты на представление, все стремились получить самые лучшие места – как можно ближе к сцене. Действительно, ну кто же захочет сидеть в последнем ряду, откуда лицо актера не рассмотришь даже в бинокль! Поэтому, когда перед началом представления зрители рассаживаются, все нижние ряды зала оказываются, заполнены, также как в стационарном состоянии КТ, обладающем наименьшей энергией, нижние энергетические уровни полностью заняты электронами. Однако во время представления кто-то из зрителей может покинуть свое место, например, потому что музыка на сцене слишком громко играет или просто сосед неприятный попался, и пересесть на свободный верхний ряд. Вот так и в КТ электрон под действием внешнего воздействия вынужден переходить на более высокий, не занятый другими электронами энергетический уровень, приводя к образованию возбужденного состояния квантовой точки. Наверное, Вам интересно, что при этом происходит с тем пустым местом на энергетическом уровне, где раньше был электрон – так называемой дыркой? Оказывается, посредством зарядовых взаимодействий электрон остается с ней, связан и в любой момент может перейти обратно, так же, как пересевший зритель всегда может передумать и вернуться на обозначенное в его билете место. Пару “электрон-дырка” часто называют «экситоном» от английского слова “excited”, что означает “возбужденный”. Миграция между энергетическими уровнями КТ, аналогично подъему или спуску одного из зрителей, сопровождается изменением энергии электрона, что соответствует поглощению или излучению кванта света (фотона) при переходе электрона соответственно на более высокий или низкий уровень. Описанное выше поведение электронов в квантовой точке приводит к нехарактерному для макрообъектов дискретному энергетическому спектру, за который КТ часто называют искусственными атомами, в которых уровни электрона дискретны. Сила (энергия) связи дырки и электрона определяет радиус экситона, который является характеристической величиной для каждого вещества. Если размер частицы меньше радиуса экситона, то экситон оказывается, ограничен в пространстве ее размерами, а соответствующая энергия связи значительно изменяется по сравнению с объемным веществом. Не трудно догадаться, что если энергия экситона изменяется, то изменяется и энергия фотона, излучаемого системой при переходе возбужденного электрона на свое исходное место. Таким образом, получая монодисперсные коллоидные растворы наночастиц различных размеров, можно управлять энергиями переходов в широком диапазоне оптического спектра.
Полупроводниковые нанокристаллы, то есть кристаллы с очень маленькими (около 10–20 нм) размерами, получили в русскоязычной литературе название квантовых точек. Конечно, строго говоря, они не являются точками, но в настоящее время словосочетание “квантовые точки” уже стало термином. Квантовыми их назвали потому, что при столь малых размерах в них проявляются квантовые, то есть дискретные, свойства электронов. Физические свойства кристаллов сверхмалых размеров могут принципиально отличаться от массивных кристаллов, например вещество с металлическими свойствами только за счет уменьшения размеров может перейти в диэлектрическое состояние. Поскольку в последние годы разработаны методы, позволяющие получать нанокристаллы многих веществ, то интерес к ним существует уже не только теоретический, но и практический. К тому же совсем недавно была показана принципиальная возможность создания приборов на основе нанокристаллов, например лазеров или элементов памяти наноразмеров с параметрами лучшими, чем у существующих в настоящее время. Все это еще больше усилило интерес к кристаллам сверхмалых размеров.
Изучение коллоидных квантовых точек началось в начале 1980-х годов, а Луи Брю (тогда сотрудник лаборатории Белла, а сейчас - университета Колумбии) даже был награжден первой Премией Кавли в области нанотехнологий в 2008 году за свои пионерские исследования в этой области. Они в течение многих лет широко использовались в биомедицинских применениях, и недавно исследователи открыли метод "включения-выключения" люминесценции квантовых точек. Началом нанотехнологической эры следует считать появление первых технологий приготовления относительно гомогенных наночастиц размером от единиц до десятков нанометров. Первооткрывателями в этой области были российские ученые Екимов и Онущенко, опубликовавшие первый контролируемый синтез полупроводниковых нанокристаллов CuCl. Ученые синтезировали и выделили фракции кристаллических частиц размерами от единиц до десятков нанометров, которые они назвали «нанокаплями», позднее их стали называть «наночастицы», «нанокристаллы», «нанокристаллиты» и, наконец, «Q-точки» или «квантовые точки». К сожалению, техника приготовления этих первых квантовых точек предполагала их формирование в стеклянной матрице, что создавало трудности в работе с ними и делало их неприменимыми в биомедицинских приложениях.
В 1993 г. Бавенди и Мюррей опубликовали метод синтеза высококачественных гомогенных квантовых точек из селенида кадмия, которые могли быть представлены в виде дисперсии наночастиц в органических растворителях и чья поверхность могла быть сделана полярной методами химии поверхности. Эти квантовые точки были слабофлуоресцирующими (квантовый выход 10%). Принципиальный прорыв в технологии последовал после покрытия полупроводникового CdSe ядра квантовой точки несколькими слоями сульфида цинка, что позволило повысить квантовый выход их флуоресценции до величин, сравнимых с органическими флуорофорами, а оптимизация технологии покрытия ядер квантовых точек оболочкой позволила получать нанокристаллы с квантовым выходом, превышающим 70% при комнатной температуре.
Позже оптические свойства квантовых точек для улучшения эффективности светодиодов получения более естественно света, и были исследованы возможности их применения в камерах, дисплеях и для солнечной энергетики. Сам термин "квантовая точка" принадлежит Марку Риду, который ввел его в своей публикации в 1988 году. Исследования в этой области активно продолжаются до сих пор. Так, Герасимос Константатос и Эдвард Сарджент используют коллоидные квантовые точки и металлические наночастицы для детектирования фотонов. Создание конкурентоспособных детекторов включает оптимизацию такого ряда факторов, как поглощение, время отклика и уровень шума.
Сильвано ди Франчеши с сотрудниками проводят эксперименты по самосборке кремний - германиевых квантовых точек на подложке из кремния, поскольку для создания новых устройств для применений в электронике и спинтронике необходимо лучшее понимание поведения носителей заряда (в данном случае дырок) в таких квантовых структурах. Создание однофотонных излучателей является еще одной интенсивно развивающейся областью. Но вне зависимости от того, как или для чего они получены, у квантовых точек в наноэлектронике явно более яркое будущее, чем было прошлое. Первыми квантовыми точками были наночастицы металлов, которые синтезировали еще в древнем Египте для окрашивания различных стекол (кстати, рубиновые звезды Кремля получены по близкой технологии), хотя более традиционными и широко известными КТ являются выращенные на подложках полупроводниковые частицы GaN и коллоидные растворы наноокристаллов CdSe. В настоящий момент известно множество способов получения квантовых точек, например, их можно «вырезать» из тонких слоев полупроводниковых «гетероструктур» с помощью «нанолитографии», а можно спонтанно сформировать в виде наноразмерных включений структур полупроводникового материала одного типа в матрице другого. Методом «молекулярно-пучковой эпитаксии» при существенном отличии параметров элементарной ячейки подложки и напыляемого слоя можно добиться роста на подложке пирамидальных квантовых точек, за исследование свойств которых академику Ж.И.Алферову была присуждена Нобелевская премия. Контролируя условия процессов синтеза, теоретически можно получать квантовые точки определенных размеров с заданными свойствами. Квантовые точки до сих пор являются «молодым» объектом исследования, но уже вполне очевидны широкие перспективы их использования для дизайна лазеров и дисплеев нового поколения. Оптические свойства КТ используются в самых неожиданных областях науки, в которых требуется перестраиваемые люминесцентные свойства материала, например, в медицинских исследованиях с их помощью оказывается возможным “подсветить” больные ткани. Люди, мечтающие о «квантовых компьютерах», видят в квантовых точках перспективных кандидатов для построения кубитов. Квантовые точки (КТ) представляют в последнее время большой интерес как люминесцентные материалы. Они обладают рядом преимуществ перед органическими флуорофорами. Квантовые точки фотостабильны, обладают узким эмиссионным спектром и широкой полосой поглощения. Главная практически важная особенность полупроводниковых нанокристаллов – зависимость спектра люминесценции от размера частиц. Это свойство обуславливает возможность применения квантовых точек в тех областях, где требуется варьируемые по длине волны оптические свойства. Квантовые точки могут найти применение в качестве материала для светодиодов, солнечных батарей, могут использоваться как биометки. Возможность существования в виде золей делает квантовые точки привлекательными с технологической точки зрения, позволяет встраивать их в различные матрицы.
КЛАССИФИКАЦИЯ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
Коллоидный синтез квантовых точек представляет собой широкие возможности как в получении квантовых точек на основе различных полупроводниковых материалов, так и квантовых точек с различной геометрией (формой). Немаловажным является возможность синтеза квантовых точек, составленных из разных полупроводников.
1. Состав квантовых точек (материал полупроводника)
В первую очередь квантовые точки представляют практический интерес как люминесцентные материалы. Основными требованиями, предъявляемыми к полупроводниковым материалам, на основе которых синтезируются квантовые точки, являются следующие. В первую очередь это прямозонный характер зонного спектра – обеспечивает эффективную люминесценцию, во вторых малая эффективная масса носителей заряда - проявление квантово-размерных эффектов в достаточно широком диапазоне размеров (конечно по меркам нанокристаллов). Можно выделить следующие классы полупроводниковых материалов.
Широкозонные полупроводники (оксиды ZnO, TiO2) - ультрафиолетовый диапазон. Среднезонные полупроводники (А2В6, например халькогениды кадмия, А3В5) -
видимый диапазон.
Узкозонные полупроводники (А2В4, например халькогениды свинца) ближний ИК- диапазон.
Рисунок1.1 Диапазоны изменения эффективной ширины запрещенной зоны квантовых точек при изменении размера от3 до 10 нм.
На рисунке 1.1 показана возможность варьирования эффективной ширины запрещенной зоны для наиболее распространенных полупроводниковых материалов в виде нанокристаллов с размером в пределах 3-10 нм. С практической точки зрения важные оптические диапазоны - видимый 400-750 нм, ближний ИК 800-900 нм - окно прозрачности крови, 1300-1550 нм – телекоммуникационный диапазон
2. Форма квантовых точек.
Кроме состава и размера серьезное влияние на свойства квантовых точек будет оказывать их форма.
- Сферические (непосредственно quantum dots) - большая часть квантовых точек. На настоящий момент имеют наибольший практический интерес. Наиболее просты в изготовлении сферические квантовые точки.
- Элипсоидальные (nanorods) - нанокристаллы, вытянутые вдоль одного направления. Коэффициент элиптичности 2-10. Указанные границы условны. С практической точки зрения данный класс квантовых точек имеет применение как источники поляризованного излучения. При больших коэффициентах элиптичности >50 данный тип нанокристаллов часто называют нитями (nanowires).
2.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1.1 Люминесценция
Люминесценцию часто называют «холодным светом». В таком определении есть доля истины, так как температура люминесцирующих тел обычно невысока или даже такая же, как у окружающей среды. Однако в некоторых случаях люминесценция возникает только при нагревании тела здесь говорить о «холодном свете», разумеется, нельзя.
Точное определение люминесценции более сложно, оно исходит из сопоставления свойств люминесцентного излучения и общих законов так называемого теплового равновесного излучения тел. Всякое тело (твердое, жидкое, газообразное) поглощает и излучает свет. Так называемое «абсолютно черное тело» должно, как мы видели, поглощать весь падающий на него свет во всех частях спектра и вместе с тем излучать свет. На основании самых общих физических положений (принципов термодинамики) можно утверждать, что для какого-либо тела отношение излучательной способности  для данной волны света к поглощательной способности  равно
 =  (2.1.1)
где  — излучательная способность абсолютно черного тела при той же температуре, как и у данного тела, и для той же длины волны К. Если же какое-нибудь тело при данной температуре Т излучает больше, чем
 (2.1.2)
именно  то разницу  и называют люминесценцией. Таким образом, то свечение тела, которое мы наблюдаем при его освещении (например, ультрафиолетовыми лучами), аддитивно слагается из двух процессов — из равновесного теплового излучения (с энергией  и неравновесной люминесценции (с энергией  Как показал Вавилов, конечная длительность послесвечения, определяемая длительностью возбужденного состояния, служит критерием, отличающим люминесценцию от других неравновесных излучений, не имеющих послесвечения, протекающих мгновенно (например, рассеяние и отражение света, излучение Вавилова — Черенкова).
В люминесцентном анализе наиболее широкое применение находят наблюдения флуоресценции растворов; поэтому нам надлежит познакомиться с теми закономерностями, которые характерны для этого вида люминесценции. В результате работ последних десятилетий установлены следующие закономерности, характеризующие свойства флуоресцентного излучения.
Распределение энергии в спектре флуоресценции вещества в растворах во многих случаях (но не всегда) не зависит от длины волны возбуждающего света, т. е., иными словами, спектр наблюдаемой флуоресценции остается тем же, независимо от того, светом какой частоты мы его возбуждаем. Например, раствор флуоресцеина светится одинаково при его освещении как ультрафиолетовым, так и синим светом, разумеется, при условии, что длины волн света, возбуждающего свечение, лежат в области поглощения раствора.
Рисунок 2.1 Спектр флуоресценции раствора флуоресцеипа
спектр (пунктирная кривая Ф) остается неизменным независимо от того,
возбуждать ли его ультрафиолетовым светом (полоса абсорбции а)
или видимым светом (полоса абсорбции а'); К—коэффициент поглощения
в относительных единицах.
2.1.2 Особенности нанокристаллического состояния
Уникальные Уникальные физические и химические свойства полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек, КТ) интенсивно исследуются в течение последних двух десятилетий. Благодаря эффектам размерного квантования оптические и электрические параметры нанокристаллов существенно модифицируются по сравнению с объемными материалами и становятся зависимыми от размеров и формы нанокристаллов. С изменением размеров КТ заметно меняются энергетические спектры и характер взаимодействий между элементарными возбуждениями, между внешними полями и носителями заряда, а также между самими квантовыми точками и окружающей средой. Это обусловливает большой интерес к КТ с точки зрения фундаментальной физики. Для практического применения важно, что размерная зависимость свойств КТ позволяет целенаправленно управлять ими, открывая возможности использования КТ в широком диапазоне приложений от нанофотоники до биологии и медицины. На основе КТ создан ряд композитных материалов с уникальными свойствами, перспективными для использования в качестве активных сред лазеров, управляемых светом сверхбыстрых переключателей и логических устройств телекоммуникаций, детекторов излучения и эффективных люминофоров. Достижения нанотехнологий уже сейчас позволяют планировать создание сверхминиатюрных устройств, использующих одиночные КТ.
В последние Несколько лет внимание привлекают КТ узкозонных полупроводников, квантовые оптические переходы которых лежат в ближней ИК-области спектра (0,7—3,0 мкм), которая крайне важна для оптических волоконных телекоммуникаций, визуализации ИК-изображений, а также солнечной энергетики. Квантовые точки на основе узкозонных полупроводниковых соединений групп IV—VI, халькогениды свинца PbS и PbSe с шириной запрещенной зоны 0,41 и 0,278 эВ при 300 K (0,29 и 0,17 эВ при 4 К) соответственно наиболее перспективны для применения в устройствах ближнего ИК-диапазона и исследуются чаще всего.
Особый нтерес представляют полупроводниковые нанокристаллы, получаемые путем высокотемпературного органометаллического синтеза в органических растворах методом горячей инжекции (Hot-Injection Method). Такие нанокристаллы позволяют осуществлять дальнейшие целенаправленные манипуляции с ними, например, изменять свойства поверхности, создавать 2D и 3D ансамбли плотноупакованных квантовых точек, встраивать КТ в раз- личные матрицы для использования в качестве элементов оптоэлектроники и фотоники. Метод горячей инжекции позволяет получать квантовые точки халькогенидов свинца размером от 2,5 до 15 нм, полоса люминесценции фундаментального перехода которых при комнатной температуре находится в области 0,8—2,5 мкм для PbS и 1—3 мкм для PbSe. Обладая очень высокими молярными коэффициентами экстинкции (105—106 M–1см–1) в широкой спектральной области и малыми внутренними потерями энергии фотовозбуждения (квантовый выход люминесценции может достигать 80 %), квантовые точки PbS и PbSe являются исключительно эффективными фотогенераторами носителей заряда, сосредоточенных в нижайших энергетических состояниях валентной зоны и зоны проводимости квантовой точки.
На основе квантовых точек PbS и PbSe предполагается создавать новое поколение элементов нанофотоники ближнего ИК-диапазона: люминофоров и органических светодиодов на их основе, фотодетекторов, лазеров с перестройкой частоты, ИК-матриц для визуализации изображений и биосенсоров в области спектра (0,8 и 1,1 мкм), в которой вода и ткани прозрачны, а также фотовольтаических элементов для солнечных батарей, работающих в области спектра с длиной волн выше 0,9 мкм. Последнее очень важно для повышения эффективности солнечной энергетики, поскольку в этой спектральной области сосредоточено почти 40 % солнечной энергии, а традиционные кремниевые элементы не- эффективны из-за слабого поглощения света. Отметим, что в квантовых точках PbS и PbSe наблюдается эффект одновременной генерации нескольких электрон-дырочных пар при их возбуждении фотоном с энергией, превышающей более чем в 2,5—3 раза энергию запрещенной зоны квантовых точек. Это приводит к квантовому выходу генерации носителей, превышающему 100 %. Оба этих фактора приводят к принципиальной возможности создания материала для элементов солнечных батарей, в котором использована смесь квантовых точек PbS и PbSe разного размера, поглощающих свет практически во всем спектральном диапазоне солнечного излучения с эффективной фотогенерацией носителей заряда.
2.1.3 Оптические свойства квантовых точек
Оптические свойства полупроводниковых нанокристаллов определяются взаимодействием электронов и дырок с их локальным окружением. Квантовые точки поглощают фотоны, если их энергия больше ширины запрещенной зоны. В результате электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости. По данным УФ-спектроскопии обнаружено наличие большого числа энергетических уровней квантовых точек. Самый низкий возбужденный уровень соответствует самому длинноволновому пику, называемому экситонным («excitonic» или «band gap» или «quantum-confine- ment peak»). Мультиплетные состояния находятся на более высоких энергетических уровнях, что обеспечивает возможность возбуждения квантовых точек излучением с более короткой длиной волны. Коэффициент молярной экстинкции нанокристаллов постепенно возрастает с уменьшением длины волны (рис. 1). Эта особенность оказывается крайне важной для биологических приложений нанокристаллов, позволяя одновременно возбуждать квантовые точки разных цветов единственным источником возбуждения.
Рисунок 1.4 Фотостабильность CdSe/ZnS нанокристаллов. Сравнение зависимостей тушения флуоресценции CdSe/ZnS нанокристаллов и флуоресцентных красителей AlexaFluor 488 и FITC (Fluorescein isothio- cyanate). Нанокристаллы и красители были нанесены на поверхность стеклянного слайда. Возбуждение — ртутной лампой высокого давления HB10101AF. Флуоресцентный микроскоп — Nikon Diaphot 300.
Флуоресценция нанокристаллов является результатом рекомбинации подвижных или связанных носителей заряда. Рекомбинация подвижных носителей дает флуоресценцию, называемую экситонной и имеющую острый пик. Спектр эмиссии единичного кристалла селенида кадмия, покрытого слоем ZnS, имеет ширину 13 нм (ширина на половине высоты) при комнатной температуре. Время жизни возбужденного состояния нанокристаллов содержит три экспоненциальных компонента с временами полураспада 5 нс, 20—30 нс и 80—200 нс, с преобладанием вклада компонента с временем полураспада 20—30 нс. Эти времена несколько больше, чем у органических красителей (1—5 нс), но существенно короче, чем у лантанидов (1 мкс — 1 мс). Измерения на единичных кристаллах показали, что времена жизни возбужденного состояния зависят от интенсивности испускания флуоресценции. В целом истинная причина такого многоэкспоненциального поведения времени жизни возбужденного состояния нанокристаллов остается неясной.
Варьируя размеры и состав полупроводниковых нанокристаллов, удается изменять длину волны их флуоресценции от синей до ИК-области оптического спектра. В частности, нанокристаллы CdS и ZnSe флуоресцируют от УФ до синей области спектра. Нанокристаллы CdSe разных размеров светятся практически во всем видимом диапазоне, а нанокристаллы состава InP или InAs флуоресцируют в далеком красном и ИК диапазонах. Следует также отметить, что вытянутые квантовые точки (квантовые стержни) дают линейно поляризованное излучение, в то время как флуоресценция сферических CdSe нанокристаллов неполяризована или поляризована по кругу.
По сравнению с такими органическими красителями, как родамин 6Ж или флуоресцеин, нанокристаллы из селенида кадмия демонстрируют такой же или несколько меньший квантовый выход при комнатной температуре. Однако этот более низкий квантовый выход компенсируется их более высоким сечением поглощения и существенно меньшим фототушением флуоресценции. Бавенди в с соавтторстве с Мюрреем определили, что коэффициент молярной экстинкции CdSe нанокристаллов составляет примерно 105—106 М-1 •см-1 и зависит от размера частиц и длины волны возбуждения. Это значение существенно больше, чем у органических красителей. Таким образом, свечение единичного нанокристалла из CdSe, покрытого оболочкой ZnS, оказывается примерно в 20 раз ярче, чем свечение органических красителей, причем фотостабильность нанокристаллов оказывается в 100— 3000 раз выше, чем стабильность органических флуорофоров (рис.1.4)
2.2.1 Описание экспериментальной установки СПЕКТРОФЛУОРИМЕТР СМ2203.
Спектрофлуориметр - спектральный прибор для измерений спектров люминесценции. В состав типичного спектрофлуориметра входят: источник света, монохроматоры для выделения узких участков спектра как возбуждающего, так и испускаемого излучения, отделение для размещения исследуемых образцов, регистрирующая система. Более сложные приборы включают также устройство для контроля интенсивности возбуждающего излучения и вспомогательную аппаратуру для определения спектров поглощения, поляризационных спектров, для наблюдения длительных процессов свечения.
Для получения истинных спектров возбуждения и испускания отдельные детали прибора должны иметь следующие характеристики:
Источник света должен иметь постоянный выход фотонов на всех длинах волн.
Монохроматор должен пропускать фотоны всех длин волн с равной эффективностью.
Эффективность монохроматора не должна зависеть от поляризации.
Приемник (фотоумножитель) должен регистрировать фотоны всех длин волн с одинаковой эффективностью.
2.7.1. Назначение спектрофлуориметра
Спектрофлуориметр СМ 2203 предназначен для анализа ультрафиолетовой и видимой области спектра, профессиональный стационнарный спектрофлуориметр СМ 2203 обеспечивает высокочувствительные и стабильные измерения спектров возбуждения, испускания, синхронных, поляризации, температурных, квантового выхода, поглощения жидких и твёрдых образцов. Качественный и количественный анализ растворов и биологических объектов. Спектрофлуориметр обеспечивает регистрацию спектров возбуждения и флуоресценции, автоматический поиск спектральных максимумов, спектрофлуориметр позволяет делать выбор уровня усиления сигнала, автоматические измерения с усреднением данных, операции со спектрами, калибровки, количественные измерения, сохранение, распечатку и воспроизведение методик и результатов анализа.
Измерительные функции
· Измерение спектров испускания, возбуждения, поляризации, поглощения, пропускания и синхронных
· Определение концентрации при использовании фактора, калибровки по одной точке, многоточечной калибровочной кривой
· Кинетические измерения на одной, двух, трех длинах волн
· Измерения относительного квантового выхода
· Многоволновые измерения люминесценции и поглощения
· Измерение спектров зависимости люминесценции от температуры
2.7.1. Программные функции
· Коррекция спектров возбуждения и испускания
· Дифференцирование,интегрирование, сглаживание,интерполяция
· Представление спектров в шкале длин волн или волновых чисел
· Арифметические действия между спектрами
· Автоматический поиск максимумов и минимумов в спектре
· Автоматический и ручной выбор масштаба изображения
· Вывод на принтер спектров, кинетических кривых,таблиц
· Создание и хранение методик с последующим выполнением по ним конкретных заданий
· Сохранение условий и результатов измерений
2.7.2. Область применения
Высокая чувствительность, надёжность, широкая спектральная область работы и универсальный набор измерительных и программных функций обеспечивают применение СМ 2203 в различных областях: медицине, биохимии, фармакологии, пищевой промышленности, экологии, химии, криминалистике (измерения на уровне следов аминов, аминокислот, витаминов, ароматических углеводородов, ферментов и других веществ).
Технические характеристики
|
Источник света
В спектрофлуориметре источником света служит ксеноновая дуговая лампа (150 Вт) высокого давления. Она обеспечивает почти непрерывный спектр излучения в области 200-800 нм, за исключением нескольких узких линий вблизи 470нм, 660нм и 800-1000м. испускание света ксеноновой дуговой лампой происходит за счет рекомбинации электронов с ионизированными атомами Хе. Эти ионов образуются при столкновениях атомов Хе с электронами в дуге. Непрерывный спектр испускания возникает при полном удалении электронов из атомов. Атомы Хе, находящиеся в возбужденном состоянии, дают линии в спектре, а не широкие полосы; этим обусловлены пики вблизи 470нм, 660нм и 800-1000нм.
Дата добавления: 2015-11-03; просмотров: 339 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Выводы в конце таблиц. | | | Спектр люминесценции |