مواد نوری بر اساس نانو/ میكرو كریستالهای مولكولی و لایههای بسیار نازك
مواد نوری بر اساس نانو/ میكرو كریستالهای مولكولی و لایههای بسیار نازك – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات رایگان
شماره |
20 |
کد مقاله |
CHEM20 |
مترجم |
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomehدکتر حسین دشتی |
نام فارسی |
مواد نوری بر اساس نانو/ میكرو كریستالهای مولكولی و لایههای بسیار نازك |
نام انگلیسی |
Optical materials based on molecular nano / microcrystals and ultrathin films |
تعداد صفحه به فارسی |
21 |
تعداد صفحه به انگلیسی |
7 |
کلمات کلیدی به فارسی |
نانو میكرو كریستالهای مولكولی, فلورسانس انباشته, لایه لانگمویر ـ بلادگت, پلیالكترولیت, نسل موزون دوم |
کلمات کلیدی به انگلیسی |
Molecular nano/microcrystals; aggregate fluorescence; Langmuir–Blodgett film; polyelectrolyte;second harmonic generation |
مرجع به فارسی |
كالج شیمی, دانشگاه حیدرآباد, هندوستان |
مرجع به انگلیسی |
School of Chemistry, University of Hyderabad, India |
قیمت به تومان |
10000 |
سال |
2008 |
کشور |
هندوستان |
مواد نوری بر اساس نانو/ میكرو كریستالهای مولكولی و لایههای بسیار نازك
كالج شیمی، دانشگاه حیدرآباد، هندوستان
2008
چکیده
در این مقاله، روشهایی كه اخیرا برای ساخت كریستالهای مولكولی با تنوع اندازه از محدوده نانو تا میكرو و پلیالكترولیت با الگوی مونو و فیلم های چند لایه ای لانگمویر _ بلادگت توسعه دادهایم، مورد بررسی قرار میگیرند. بر این مبنا، این موضوع مشخص شده است كه جذب الكترونیكی و فلورسانس قوی در نانو / میكرو كریستالهای مولكولی وابسته به اندازه میباشند. ساختار كریستالی و بررسیهای محاسباتی مدل واحدی را برای توضیح این مشاهدات فراهم میكنند. نقش الگوبرداری پلیالكترولیتی در رسیدن به پاسخ ایجاد هماهنگ ثانویه نوری افزایش یافته و پایدار حاصل از لایههای LB بر اساس یك آمفی فایل همی سیانین محرز میشود.
كلمات كلیدی: نانو میكرو كریستالهای مولكولی، فلورسانس انباشته، لایه لانگمویر ـ بلادگت، پلیالكترولیت، ایجاد هماهنگ ثانویه
1- مقدمه
نانو مواد مبتنی بر فلزات و نیمه هادیها به علت (1) دسترسپذیری آنها از میان محدوده گسترده روشهای ساخت شامل روشهای شیمیایی نرم، (2) خصوصیات و صفات منحصر بفرد آنها و (3) توانایی كاربرد گسترده آنها در معرض بررسیهای گستردهای قرار گرفتهاند. علاوه بر این، نانو ساختارهای ساخته شده از قطعات ساختمانی مولكولی بطور روز افزونی مد نظر قرار گرفتهاند كه دلیل آن، انعطافپذیری و تغییرپذیری ذاتی در تركیب یا ساخت، صفات وابسته به اندازه و كاربردهای نوظهور میباشد. بواسطه برهمكنش نسبتا ضعیفتر بین قطعات سازنده، معیار مواد مولكولی، احتمال دارد كه بعضی از خصوصیات اساسی نانو مواد مولكولی از خصوصیات فلز و نانو ساختارهای نیمه هادی متفاوت باشند. بعنوان نمونه، وابستگی میزان خواص نوری در نانو كریستالهای مولكولی ، بجای اثر محدودیت كوانتومی مشابه در نانو كریستالهای نیمه هادی، به گوناگونی نرمی شبكه و سازگاری متعاقب استحكام برهمكنشهای بین مولكولی نسبت داده میشود (وایز 2000، هورن و ریگر 2001). ملاحظاتی نظیر این موارد موكد آن هستند كه نانو ساختارهای مولكولی از لحاظ پدیدههای فیزیكی جدید و نیز كاربردهای فنی بسیار امیدبخش
می باشند.
چندین روش كه شامل روشهای «ساخت» و نیز «شكستن» میباشند برای سنتز نانو مواد مولكولی توسعه یافتهاند (اوزین و آرسنالت 205). نانو كریستالها به روشهای ته نشینی یا روسب مجدد ساده (ناكانیشی و اویكاوا 2003)، رسوب بخار (كای و همكاران 1998) و تبخیر لحظهای یا ناگهانی محلولها در سیال فوق بحرانی (كومای و همكاران 1999) و نیز روش سونوشیمیایی (بوكار و مك گیلیوری 2007) و روش سایش لیزر (ماتسوهارا و آساهی 2003) ساخته شدهاند. ما نشان دادهایم كه روش ته نشینی مجدد ـ تثبیت میتواند برای رسیدن به نانو كریستالهای مولكولی مناسب از نظر اندازه بكار برده شود (پاترا و همكاران 2006). لایههای بسیار نازك مولكولی عموما از طریق خود تركیبی (اولمان 1996)، رسوب كردن لایه به لایه (لاشوسك و همكاران 1996، دچر 1997) و انتقال لایه لانگمویر ـ بلادگت (LB) _پتی 1996) بر روی سوبستراهای مناسب حاصل میشوند. در طی سالها تغییرات زیادی بر روی این روشهای اصلی صورت گرفته است. ما نشان دادهایم كه الگوبرداری پلیالكترولیت یك تكنیك مناسب و بسیار تغییرپذیر برای غلبه بر تعدادی از محدودیتهای اساسی در روش LB است، نظیر ناپایداری لایه لانگمویر در حد فاصل هوا ـ آب (شارما و همكاران 2001) و انباشتگی مولكولی در لایههای بسیار نازك (كاندرا و همكاران 2003). بعلاوه نشان داده شده است كه نانو ساختارهای مولكولی دارای خواص جدید و منحصر بفردی هستند و بنابراین برای كاربردهای متعدد مناسبند. خواص نوری میتوانند در حسگرها و كاربردهای سوئیچینگ (بات زونگ ـ اپرت و همكاران 2004، سیم و همكاران 2004)، دستگاههای نشر دهنده نور (پیوك و همكاران 2003) و فوتونیكها (سانز و همكاران 1997، زادمارد و همكاران 2004) و همچنین در الكترونیك و فوتونیك (مارتین و همكاران 1993، ویجكون و همكاران 1996، لی و همكاران 2001) بكار گرفته شوند. دستگاههای با مقیاس مولكولی و مورد علاقه بسیار در محدودههایی نظیر اسپین ترونیك، الكترونیك و فوتونیك (كاسای و همكاران 1999) میتواند بعنوان گسترش منطقی نانو ساختارهای مولكولی در نظر گرفته شوند.
ما در اینجا بررسی دو نوع نان ساختار مولكولی را ارائه میدهیم كه در همین اواخر در آزمایشگاه ما مورد بررسی قرار گرفتهاند. ما در ابتدا تحقیقات خود در مورد نانو كریستالهای مولكولی جدید را ارائه میكنیم. این روش برای ساخت نانو كریستالهای دارای اندازه مناسب، خواص نوری آنها و نمونه جدید ارائه شده برای تفسیر وابستگی- اندازه این خواص بر اساس بررسیهای اسپكتروسكوپی، میكروسكوپی، كریستال لوگرافی (بلورشناسی) و محاسباتی توسعه یافته است. مشاهده فلورسانس آبی قوی در حالتهای محلول، كلویید و جامد یك مولكول نیز مورد توجه قرار خواهد گرفت. سپس درباره كشفهای خود در مورد لایههای LB یك مولكول آمفی فایل بر اساس كروموفور همیسیانین، یك نمونه اولیه برای كاربردهای نوری غیر خطی درجه دوم بحث میكنیم. استفاده از راهكار الگوبرداری پلیالكترولیت ساده برای ساخت لایههای تك لایه و چند لایه آمفیفیل معرف آن است كه باید به نسل هارمونیك ثانویه پایدار و ارتقا یافته (SHG) توجه شود.
مواد مولكولی فلورسانس كننده: اثرات اندازه در محدوده نانو / میكرو
انباشتگی مولكولهای فلوروفور اغلب منجر به جلوگیری موثر از فلورسانس میشود. این امر به اثر به اصطلاح خود فروشانی نسبت داده میشود. مواد مولكولی كه در حالت انباشتگی فلورسانس قوی را از خود نشان میدهند، از نقطه نظر دستگاههای نوری حالت جامد اهمیت قابل توجهی دارند. ما خانوادهای از مولكولهای زویتریونی (zwitterionic) را بر اساس چارچوب دیآمینودیسیانوكویینودیمتان كه چنین پدیدههایی را نشان میدهند بررسی كردهایم. PMPDQ (شكل 1) مثالی از مولكولی است كه در حالت جامد و نیز در لایههای پلیمری نشانده شده، فلورسانس شدیدی را نشان میدهد (جایانتی و رادهاكریشنان 2004). فلورسانس شدید در حالت جامد به جلوگیری از تابخوردگی مولكولی در حالت برانگیخته و استراحت همراه با ساختار غیر فلورسانس كننده كه به احتمال زیاد در حالت محلول اتفاق میافتد، نسبت داده میشود. این پدیده را میتوان برای سوئچینگ واپوكرومی فلورسانس لایههای پلیمری دوپه شده بكار گرفت.
3- پلی الكترولیت الگوبرداری شده از لایههای لانگمویر ـ بلادگت: نسل هارمونیك دوم
انتقال لانگمویر ـ بلادگت یكی از ظریفترین تكنیكها برای تركیب یا ساخت منظم مولكولها بصورت لایههای بسیار نازك تك لایه و چند لایه است. با این وجود، این روش غالبا به مشكلاتی بر میخورد كه ناشی از ناپایداری لایههای لانگمویر یا انباشتگی نامطلوب در آنها در حد فاصل هوا ـ آب و نظمدهی مجدد مولكولی پس از ته نشینی به علت شبه پایداری ذاتی لایههای LB میباشد. مشكل اخیر، بویژه، كاربردهای دستگاهی لایههای LB را محدود كرده است. استراتژی عموما بكار رفته برای نشان دادن بعضی از این مشكلات، ساخت لایههای LB با استفاده از مخلوطی از آمفیفیل مناسب با مولكولهایی نظیر اسیدهای چرب است كه مشخص شده است قابلیت ایجاد لایههای بسیار پایدار را دارند(گیرلینگ و همكاران 1987، كارپنتی و همكاران 1992). گرچه پایداری مناسب و مطلوب عموما حاصل میشود، این روش به رقیق شدن آمفی فیل هدف در شبكه دو بعدی و كاهش فعالیت مورد علاقه پس از آن منجر میشود و میتواند به جدایی فاز منجر شود. در این زمینه، ما استراتژی دیگری از الگوبرداری آمفیفیلها را با استفاده از پلی الكترولیتهای حاصل شده از زیر فاز آبی به لایههای لانگمویر و LB جهت رسیدن به پایداری را توسعه دادهایم (شكل 7). آمفی فیلهای دارای سرگروههای یونی بوسیله این روش به بهترین وجهی عمل میكنند زیرا از طریق كمپلكس سازی الكتروستاتیك با پلی الكترولیتهای نظیر پلی (استایرن سولفونات) (PSS)، كربوكسیمتیل سلولز (CMC)، داكسیریبوتوكلئیك اسید (DNA) (وینیل سولفات) (PVS) میتوانند پیوند مناسبی را حاصل نمایند. استفاده از این روش در ابتدا با استفاده از یك پیریدینیوم مبتنی بر آمفی فیل نشان داده شد. معلوم شد كه تك لایههای این آمفی فیل در حد فاصل هوا ـ آب تحت تراكم بطور كامل فرو میپاشند اما هنگامی كه با استفاده از PSS و برخی نیز پلیمرهای آن الگوبرداری میشود، یك لایه پایدار تشكیل میشود (شارما و همكاران 2001).
4- نتایج
دو روش توسعه یافته در آزمایشگاه ما برای ساخت مناسب مولكولها توصیف میشوند. روش اول شامل مسیر كلوییدی برای نانو/ میكرو كریستالهای مولكولی است كه در حالت انباشتگی فلورسانس قوی نشان می دهد. اثر مهم اندازه كریستال بر روی خواص نوری و مدل جدید ارائه شده برای توضیح این مشاهدات توصیف میشوند. موضوع دوم به لایههای
لانگمویر ـ بلادگت مبتنی بر مولكولهای مورد نظر برای كاربردهای نوری غیر خطی درجه دوم مربوط میشود. بر خلاف مورد نانو/ میكروكریستالها، تجمع مولكولی در این مورد اثر زیان باری دارد. قابلیت تولید هماهنگ ثانویه این لایههای بسیار نازك به علت انباشتگی تقلیل مییابد. راه حل مناسب برای این مشكل بر اساس الگوبرداری پلی الكترولیت توصیف میشود. تلاشهای اخیر در آزمایشگاه ما بر بهرهبرداری از این نانو ساختارهای مولكولی برای كاربردهای بالقوه در حسگرها و فوتونیكها متمركز شده است.