تهیه نانو ذره های ژرمانیوم با استفاده از روش کلوئیدی و مشخصه یابی آنها

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز، دانشکده فیزیک

2 سازمان انرژی اتمی ایران، پژوهشگاه غلوم و فنون هسته ای،

3 تهران، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده لیزر و اپتیک

چکیده

در این پژوهش برای اولین بار نانوذره‌ های کلوئیدی ژرمانیوم به عنوان یک منبع نور آبی توسط یک روش ساده تهیه شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش از ترکیب پلی وینیل پایرولیدین به عنوان ماده عامل ‌دار کننده سطحی ذره ‌ها و کنترل اندازه آن ها استفاده شده است. برای بررسی ویژگی‌ های نوری نانو ذره ‌ها تهیه شده، پرتو جذبی بازه‌ی مرئی- فرابنفش و پرتو نشری آن‌ ها مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین از روش، پرتو‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ برای تعین نوع پیوند‌های شیمیائی استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی عبوری به منظور اندازه ذره‌ها و ریخت‌شناسی استفاده شد. نتیجه‌ های تجربی نشان داد که نانوذره ‌های تهیه شده کروی با تنوع اندازه بین 5 تا 10 نانومتر هستند. نانوذره‌ های ژرمانیوم تهیه شده دارای قابلیت نشر نور آبی با قله واقع در 445 نانومتر هستند. همچنین، انرژی گاف نانوبلورها کلوئیدی ژرمانیم براساس نمودار Taucمورد بررسی قرار گرفت که برابر 2  الکترون ولت بود. ساختار شبه امورف نانوذره‌ ها نیز توسط الگوی پراش اشعه X، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ghosh B., Sakka Y., Shirahata N., Efficient Green-Luminescent Germanium Nanocrystals, Journal of Materials Chemistry, A1: 3747-7751 (2013).

[2] Shirahata N., Hirakawa D., Masuda Y., Sakka Y., Size-Dependent Color Tuning of Efficiently Luminescent Germanium Nanoparticles, Langmuir, 29: 7401-7410 (2012).

[3] Ray S., Maikap S., Banerjee W., Das S., Nanocrystals for Silicon-Based Light-Emitting and Memory Devices, J. Phys. D: Appl. Phys., 46: 153001-153031 (2013).

[4] Vaughn Ii D.D., Schaak R.E., Synthesis, Properties and Applications of Colloidal Germanium and Germanium-Based Nanomaterials, Chem. Soc. Rev., 42: 2861-2879 (2013).

[5] Holman Z.C., Kortshagen U.R., Absolute Absorption Cross Sections of Ligand-Free Colloidal Germanium Nanocrystals, Appl. Phys. Lett., 100: 133108 (2012).

[6] Wu J., Sun Y., Zou R., Song G., Chen Z., Wang C., Hu J., One-Step Aqueous Solution Synthesis of Ge Nanocrystals from GeO2 Powders, Cryst. Eng. Comm., 13: 3674-3677 (2011).

[7] Taylor B.R., Fox G.A., Hope-Weeks L.J., Maxwell R.S., Kauzlarich S.M., Lee H.W.H., Solution Preparation of Ge Nanoparticles with Chemically Tailored Surfaces, Mater. Sci. and Eng. B, 96: 90-93 (2002)

[8] Seo M.A., Kim D.S., Kim H.S., Choi D.S., Jeoung S.C., Formation of Photoluminescent Germanium Nanostructures by Femtosecond Laser Processing on Bulk Germanium: Role of Ambient Gases, Opt. Express, 14 (11): 4908-4914 (2006).

[9] Thomas F. Fassle, “Zintl Phases: Principles and Recent Developments”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2011).

[10] Chou N.H., Oyler K.D., Motl N.E., Schaak R.E., Colloidal Synthesis of Germanium Nanocrystals Using Room-Temperature Bench Top Chemistry, Chem. Mater. 21(18): 4105-4107 (2009).

[11] Hellstrom P., Holmgren A., Oberg S., An Ab Initio Study of Ethyl Xanthate Adsorbed on Ge(111) Surfaces, J. Phys. Chem. C, 111: 16920–16926 (2007).

[12] Chang J., Waclawik E.R., Colloidal Semiconductor Nanocrystals: Controlled Synthesis and Surface Chemistry in Organic Media, RSC Adv., 4: 23505–23527 (2014).

[13] Rimer J.D., Roth D.D., Vlachos D.G., Lobo R.F., Self-Assembly and Phase Behavior of Germanium Oxide Nanoparticles in Basic Aqueous Solutions, Langmuir, 23: 2784-2791 (2007).

[14] Pokrovski G.S., Schott J., Thermodynamic Properties of Aqueous Ge(IV) Hydroxide Complexes from 25 to 350˚C: Implications for Behavior of Germanium and the Ge/Si Ratio in Hydrothermal Fluids, Geochim. Cosmochim. Acta, 62: 1631-1642 (1998).

[15] Jing C., Zang X., Bai W., Chu J., Liu A., Aqueous Germanate Ion Solution Promoted Synthesis of Worm-Like Crystallized Ge Nanostructures under Ambient Conditions, Nanotechnology, 20: 505607 (2009).

[16] Hund Z.M., Nihill K.J., Campi D., Wong K.T., Lewis N.S., Bernasconi M., Benedek G., Sibener S.J., Atomic Surface Structure of CH3-Ge(111) Characterized by Helium Atom Diffraction and Density Functional Theory, J. Phys. Chem. C, 119: 18458−18466 (2015).

[17] Gazicki M., Szymanowski H., Tyczkowski J., Malinovsky L., Schalko J., Fallmann W., Chemical Bonding in Thin Ge/C Films Deposited from Tetraethylgermanium in an r.f. Glow Discharge-An FT-IR Study, Thin Solid Films, 256: 31-38 (1995).

[18] Henderson E.J., Seino M., Puzzo D.P., Ozin G.A., Colloidally Stable Germanium Nanocrystals for Photonic Applications, ACS Nano, 4(12): 7683-7691 (2010).

[19] Lee D.C., Pietryga J.M., Robel I., Werder D.J., Schaller R.D., Klimov V.I., Colloidal Synthesis of Infrared-Emitting Germanium Nanocrystals, J. Am. Chem. Soc., 131(10): 3436-3437 (2009).

[20] Carolan D., Doyle H., Size and Emission Color Size and Emission Color Tuning in the Solution Phase Synthesis of Highly Luminescent Germanium Nanocrystals, J. Mater. Chem. C, 2: 3562-3568 (2014).

[21] Wilcoxon J.P., Provencio P.P., Samara G.A., Synthesis and Optical Properties of Colloidal Germanium Nanocrystals, Phys. Rev. B, 64: 035417 (2001).