نانو ذرات حساس LSPR (نانو سنسور های نوری) و موارد استفاده در صنایع الکترونیک و نظامی بر پایه دکترای نانو الکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: انرژی LSPR به عملکرد دی الکتریک ماده و محیط اطراف، شکل و اندازه نانو ذرات حساس است. یعنی اگر لیگاندی مانند پروتئین به سطح نانو ذرات فلزی متصل شود، انرژی LSPR آن تغییر میکند. به طور مشابه، اثرات LSPR به سایر تغییرات نیز مانند فاصله بین نانوذرات که میتواند با حضور سورفکتانتها یا یونها تغییر کند، حساس است.
یکی از عواقب اثر LSPR در نانوذرات فلزی، قابلیت جذب فوق العاده امواج مرئی به دلیل نوسانات منسجم پالسمونها است. کلوئیدهای نانوذرات فلزی مانند نقره یا طال میتوانند رنگهایی مانند قرمز، بنفش یا نارجی را نمایش دهند که در ابعاد معمولی دیده نمیشود. این تغییر رنگ به شکل، اندازه و محیط اطراف نانوذرات نقره بستگی دارد.
در ساختار نانو سنسور های نوری یکی از نانو خواص متمایز کننده نانوذرات فلزی از این مواد در مقیاس بزرگ، خواص نوریشان است. این امر به دلیل رزونانس پالسمون سطحی موضعی است. به عبارت سادهتر، زمانیکه نور به (سطوح فلزی ) با هر اندازهای برخورد میکند، برخی از امواج نوری در طول سطوح فلزی با ایجاد پالسمون سطحی در واقع این امواج بخشی از انرژی خود را به الکترونهای سطحی داده و منجر به ارتعاش آنها میشوند (پراکنده) میشوند. زمانیکه پالسمون در فلزات تودهای تولید میشود، الکترونها میتوانند آزادانه در مواد بدون ثبت هیچ اثری جابه جا گردند.
در نانوذرات، پالسمون سطحی در فضای محدودی قرار میگیرد، به گونهای که الکترونها در این فضای کوچک و در مسیر یکسان به سمت عقب و جلو نوسان میکنند. این اثر رزونانس پالسمون سطحی موضعی نامیده میشود (LSPR ) زمانیکه فرکانس این نوسانات با فرکانس نور به وجود آورنده پالسمون یکسان باشد، گفته میشود که پالسمون در رزونانس با نور برخوردی است.
نانو سنسورهای نوری و واکنش برانگیختگی الکترون ها و موارد استفاده در صنایع نظامی و الکترونیک
جذب نور در مواد معمولی که نوار انرژی پیوسته دارند نیز اتفاق میافتد و الکترونها از نوار ظرفیت به نوار رسانش منتقل میشوند البته در اینجا انرژی گرمایی نیز میتواند باعث برانگیختگی الکترونها به نوار رسانش شود. نانوذرات نیز مانند اتمها دارای ترازهای انرژی گسسته هستند. از این رو به نانوذرات اتمهای مصنوعی نیز گفته میشود. همچنین به نانوذرات زیر 01 نانومتر و خصوصا نانوذرات نیمه رسانا، نقطه کوانتومی گفته میشود. با تغییر اندازهی نانوذرات، فاصله ترازهای انرژی در آنها تغییر میکند. هرچه اندازه نانوذرات کوچکتر شود، فاصله بین ترازهای انرژی و باند ممنوعه بیشتر میشود و هر چه اندازه ذرات بزرگتر باشد، فاصله بین ترازهای انرژی کمتر میشود. این نکته باعث میشود که بتوان با تغییر اندازه نانوذرات، فاصله بین ترازهای انرژی آنها را طوری تنظیم کرد که امواج خاصی را جذب کنند. به عنوان مثال میتوان ابعاد نانوذرات از جنس مشخص را طوری تنظیم کرد که امواج فروسرخ، فرابنفش، رادیویی و غیره را جذب کنند. از این خاصیت در صنایع نظامی و الکترونیک استفاده های زیادی میشود.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)