Реферат на тему Характеризация наноматериалов методами лазерной дифракции и динамического рассеяния света
-
Оформление работы
-
Список литературы по ГОСТу
-
Соответствие методическим рекомендациям
-
И еще 16 требований ГОСТа,которые мы проверили
Введи почту и скачай архив со всеми файлами
Ссылку для скачивания пришлем
на указанный адрес электронной почты
Содержание:
Введение 3
1.    Использование метода динамического рассеивания света для характеризации наноматриалов 5
1.1.    Сущность и специфика использования метода ДРС 5
1.2.    Анализ спектра рассеянного света в ДВС при характеризации наноматериалов 7
2.    Метод лазерной дифракции при анализе размеров частиц наноматериалов 11
2.1.    Сущность и сфера применения метода лазерной дифракции 11
2.2.    Метод дифференциальной интенсивности рассеянного поляризованного света при характеризации частиц наноматериалов 13
Заключение 16
Список использованной литературы 17
Введение:
В последнее время существенно возрос интерес к исследованию наноразмерных структур. Наночастицы металлов обладают рядом особенностей, которые обуславливаются их размерами и строением, что приводит к формированию необычных электрических, магнитных и оптических свойств, которые нехарактерны для макрочастиц. Существует ряд способов получения наноразмерных материалов. К ним относятся: прямые методы механического дробления; конденсация из газовой фазы; плазмохимические методы.
В некоторых случаях также используют ионно-лучевую эпитаксию, газофазное компактирование, контролируемую кристаллизацию, лазерную абляцию. Однако, к наиболее передовым и высокоточным методам контроля наночастиц можно отнести метод динамического рассеивания света (ДРС) и метод лазерной дифракции.
В первой главе работы рассмотрен метод лазерной дифракции. Данный метол представляет собой широко применяемую технология характеризации и анализа размеров частиц, подходящая для большинства наноматериалов, размер частиц которых составляет от сотен нанометров до нескольких миллиметров.
Определение распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции основано на измерении углового распределения интенсивности рассеянного света при прохождении лазерного луча через диспергированный образец. Крупные частицы преимущественно рассеивают свет под малыми углами к лазерному пучку, тогда как мелкие частицы - под большими углами (см. ниже). С использованием теории светорассеяния Ми определяют размеры частиц, формирующих индикатрису рассеяния, совпадающую с измеренными данными об угловой зависимости интенсивности рассеянного света. Размер частиц выражается в виде диаметра сферы эквивалентного объема.
Во второй главе рассматривается метод динамического рассеяния света (ДРС), основанный на анализе флуктуаций интенсивности светорассеяния, которые содержат информацию о пространственной динамике рассеивателей и временных флуктуациях их индивидуальных оптических свойств наноматериалов. В общем случае метод ДРС может дать информацию не только о размере частиц, но также об их форме, взаимодействии (разбавленные или концентрированные системы), а также о структуре и внутренней динамике частиц наноматериала.
Целью данной работы является изучение особенностей характеризации наноматериалов методами лазерной дифракции и динамического рассеяния света
Заключение:
Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать ряд выводов:
Для измерения размеров наночастиц используется метод динамического рассеяния света (ДРС). Данный метод позволяет определить коэффициент диффузии дисперсных частиц в жидкости путем анализа корреляционной функции флуктуаций интенсивности рассеянного света. Далее, из коэффициента диффузии рассчитывается радиус наночастиц.
Метод динамического рассеяния света используется также для измерения скоростей потоков жидкостей и газов. Традиционно, этот вариант метода носит название лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА). В частности, данная конфигурация метода ДРС используется для измерения электрофоретической подвижности наночастиц, откуда рассчитывается их дзета-потенциал.
Лазерная дифракция – широко применяемая технология анализа размеров частиц, подходящая для материалов, размер частиц которых составляет от сотен нанометров до нескольких миллиметров.
Определение распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции основано на измерении углового распределения интенсивности рассеянного света при прохождении лазерного луча через диспергированный образец. Крупные частицы преимущественно рассеивают свет под малыми углами к лазерному пучку, тогда как мелкие частицы - под большими углами (см. ниже). С использованием теории светорассеяния Ми определяют размеры частиц, формирующих индикатрису рассеяния, совпадающую с измеренными данными об угловой зависимости интенсивности рассеянного света. Размер частиц выражается в виде диаметра сферы эквивалентного объема.
Фрагмент текста работы:
Использование метода динамического рассеивания света для характеризации наноматриалов
Сущность и специфика использования метода ДРС
Динамическое рассеяние света (DLS), иначе называемое квазиупругим рассеянием света (QELS), − зарекомендовавшая себя неинвазивная технология измерения размера и распределения по размерам молекул и частиц, размер которых, как правило, находится в субмикронном диапазоне, а с появлением последних решений доступно измерение даже меньше 1 нм.
При взаимодействии луча света с оптически неоднородной средой происходит рассеяние света. Оптическая неоднородность среды может быть вызвана флуктуацией плотности, температуры и концентрации растворённого вещества из-за процессов диффузии. По характеру изменения частоты различают неупругое и упругое рассеяние. В случае неупругого рассеяния в рассеянном свете появляются дополнительные линии, смещённые по частоте относительно возбуждающего излучения. В случае упругого рассеяния рассеянный свет имеет ту же частоту, что и возбуждающий луч света, но амплитуда и фаза оказываются модулированными из-за процессов, вызванных флуктуациями среды [1, 91 c.]. Измерение неупругого рассеяния используется в рамановской спектроскопии. Методы динамического рассеяния света основаны на измерении упругого рассеяния света.
Метод динамического рассеяния света (ДРС) использует измерение и анализ временных флуктуаций интенсивности рассеянного света. Флуктуации интенсивности вызваны интерференцией электромагнитных волн, рассеянных соседними частицами. Специальное устройство (коррелятор) анализирует флуктуации и строит автокорреляционную функцию сигнала — корреляцию значений интенсивности рассеянного света, измеренных через промежуток времени, усреднённых по различным начальным моментам времени. Автокорреляционная функция представляет собой произведение двух сигналов, сдвинутых относительно друг друга на некоторый промежуток времени. Простые математические преобразования преобразуют автокорреляционную функцию интенсивности рассеянного света в экспоненциальное уравнение. 
Анализ автокорреляционной функции позволяет определить время флуктуации, которое обратно пропорционально коэффициенту диффузии. Исходя из полученных значений коэффициента диффузии и предположения о сферической форме частиц, по уравнению Стокса-Эйнштейна происходит вычисление размера частиц (гидродинамического радиуса в методе ДРС) [2, 92 c.]. Для жёстких сферических частиц реальный размер практически совпадает с определеяемым гидродинамическим радиусом. Для белков и полимерных клубков, не имеющих сферической формы, гидродинамический радиус считается условным параметром.
Сочетание метода динамического рассеяния света и электрофореза используется для определения -потенциала (сочетание этих двух технологий получило название метода электрофоретического рассеяния света [3, 11 c]). Метод заключается в измерении интенсивности света, рассеянного заряженными частицами, движущимися с некоторой скоростью под действием под действием приложенного электрического поля. Влияние электрического поля учитывается в автокорреляционной функции. Автокорреляционная функция будет промодулирована косинусоидальной функцией, частота которой определяется электрофоретической подвижностью. Исходя из полученных значений электрофоретической подвижности происходит вычисление потенциала по уравнению Смолуховского.
Измерение размера и потенциала молекул и частиц в растворах играет исключительно важную роль при проведении различных лабораторных исследований. Объектами исследования могут быть белки и белоксодержащие комплексы (белок-белок, белок-ДНК, белок-РНК и др.), вирусы и вирусоподобные частицы, антитела, вакцины, липосомы, мицеллы, наноразмерные структуры и материалы (наноалмазы, углеродные нанотрубки, наночастицы металлов) и многое другое.
Динамическое рассеяние света широко применяют для характеризации частиц, эмульсий и молекул, диспергированных или растворённых в жидкости. Броуновское движение частиц или молекул в среде вызывает колебания интенсивности рассеянного лазерного света разной степени. Анализ таких флуктуаций интенсивности даёт скорость броуновского движения, по которой можно вычислить размер частиц с помощью соотношения Стокса−Эйнштейна.
Допустим, нам необходимо с помощью метода динамического рассеивания охарактеризовать диапазоны размеров наночастиц золота и меди, которые были получены в результате лазерной абляции твердых тел в жидкости. Стоит отметить, что наночастицы благородных металлов используются в основном в биологии, медицине и косметологии. На данный момент наибольшие перспективы использования в медицинской сфере имеют наночастицы железа, меди, серебра, кремния, магния, золота и цинка. Железо и магний ускоряют регенерацию тканей, усиливают ранозаживление. Медь обладает кардиопротекторным действием (повышает выживаемость на 40% при инфаркте миокарда). Для меди, как и для серебра, ярко выражены бактерицидные свойства.
В качестве образца была взята металлическая пластинка (медь, золото). Образец помещался в объем жидкости равный 25 мл. Пластинка в стационарном состоянии подвергалась воздействию импульсного лазерного излучения. В каждой точке воздействия количество импульсов было различным (от 1 до 3500).
Перед лазерным воздействием поверхность каждого из образцов полировалась до значения шероховатости равного 3 мкм с целью обеспечения равномерного снятия материала в ходе воздействия лазерного луча.
Несомненно, имеет место влияние рельефа поверхности на размер наночастиц, что связано с более эффективным поглощением лазерного излучения обработанной мишенью с увеличенной шероховатостью. Однако, ряд ученых отмечает, что предварительная полировка поверхности мишени приводит к снижению вероятности появления частиц различной формы в одном рабочем объеме [4, 60 c.]. В качестве жидкой среды использовались этанол и дистиллированная вода. Степень чистоты жидких сред оценивалась пропусканием лазерного луча с длиной волны 532 нм через объем жидкости. В дистиллированной воде достаточной степени очистки отсутствуют микрочастицы сторонних веществ, наличие которых отрицательно влияет на эффективность процесса абляции.
Содержание:
Оглавление 1
Введение 2
1. Лабораторные методы определения характеристик наночастиц 4
2. Пробоподготовка 7
3. Нанотрубки 8
4. Оксиды металлов 11
5. Факторы, которые влияют на свойства наночастиц 13
6. Получение магнитных наночастиц, путем химического синтеза 16
7. Гидролиз и соосаждение 18
Заключение 23
Список использованных источников 24
Введение:
История человечества ознаменована всегда поиском чего – либо нового, способного облегчить жизнь людям. Когда – то излечить больного основываясь знаниями о клетках, было чем – то грандиозным и невероятным, теперь многое лечение проводят и диагностируют на атомно – молекулярном уровне.
Наш век называют веком нанотехнологий, которые воплощаются во все сферы жизни, в том числе в медицину.
Так что же такое «нано», это ни что иное как дольная приставка в интернациональной системе измерений обозначающая множитель 10−9. Но чаще всего приставка нано не несет математической подоплеки, а скорее выражает или обозначает область науки связанную с нанотехнологиями.
Впервые о нанотехнологиях заговорил Ричард Филипс Фейнман, в 1959 году высказав мысль о возможности манипулирования веществом на уровне атомов. Позже были изобретены туннельный и атомно-силовой микроскопы, позволяющие видеть отдельные атомы и манипулировать ими. Итогом этих открытий послужил труд Дрекслера, который рассмотрел возможность сборки частиц и молекул.
Применение нанотехнологий крайне разнообразно, начиная от космоса заканчивая бытовыми мелочами.
Нанотехнология подразумевает высокотехнологическую отрасль, которая работает на уровне атомов и молекул. Что позволяет нам с иной стороны посмотреть на известные общебиологические вопросы, и направить их в совершенно новом аспекте, аспекте высокоточности.
Нанотехнологические разработки сейчас применяются повсеместно во всех отраслях: химия, физика, медицина, кибернетика, космос, промышленность.
Эти технологии позволяют нам вступить на новый уровень организации человеческого бытия, теперь открыты новые современные возможности, в кораблестроении, в освоении морских глубин, создании лекарственных препаратов и пр.
Может быть очень громко звучит, но нанотехнологии это новый этап научной революции человечества, который сулит нам ряд успешных и важных открытий.
Мир наночастиц, казалось бы, очень далек от нас, но с каждым годом и новым открытием он становится для нас все ближе и ближе.
Заключение:
Активное изучение свойств наночастиц и нанообектов неспроста, ведь именно эти материалы, являются материалами будущего, особый интерес проявляют ученые к свойствам магнитным, поскольку относительно объемного материала они проявляются сильнее.
Особое внимание уделяется свойствам магнитным нанокомпозитным полимерам, которые включают в свой состав наночастицы металла. Этот интерес вызван дальнейшей перспективой применения наноматериалов во всевозможных областях и сферах жизни, и в космосе, и в промышленности, и в медицине. Их применяют в системах магнитной записи и хранении информации, в магнитах и системах охлаждения на основе магнитов, магнитные сенсоры используют повсеместно. Их уникальные особенности связаны с удивительным сочетанием наночастиц и полимерных соединений, которые отличаются эластичностью, пластичностью.
Интересным является нанокомпозитные полимерные магнитные материалы на основе политетрафторэтилена. В основу полимера вводят катионы всевозможных металлов, в том числе и ферромагнетики из которых и получают магнитные наночастицы, подвергая их химическому восстановлению.
К сожалению, в нашей стране данный метод не занял главенствующего положения в науке, и ему не уделено должного внимания, посему современные наноматериалы далеки от идеала. Наилучшие магнитные свойства наблюдаются при условии, что наночастицы распределены в полимере равномерно, и их концентрация в полимере достаточно высока. При больших концентрациях магнитной фазы (более 30%) наблюдается перколяционый переход, связанный с тем, что ансамбль суперпарамагнитных однодоменных наночастиц переходит в состояние коллективного ферромагнетика.
Фрагмент текста работы:
1. Лабораторные методы определения характеристик наночастиц
Инструменты для определения характеристик частиц в лаборатории включают динамическое, статическое и электрофоретическое рассеяние света с помощью системы Zetasizer Nano ZS, лазерную дифракцию с помощью Mastersizer 2000, автоматизированный анализ изображений с помощью Morphologi G2 (сухой анализ) и FPIA3000 (влажный анализ) и визуальный контроль. Большинство наноразмерных материалов измеряются с помощью динамического рассеяния света с помощью Наносистемы Zetasizer.
Динамическое рассеяние света (DLS), также известное как фотонная корреляционная спектроскопия (PCS) и квазиупругое рассеяние света (QELS), обеспечивает множество преимуществ в качестве метода анализа размера частиц. DLS-это non- инвазивный метод, который измеряет большую популяцию частиц в очень короткий промежуток времени, без манипуляций с окружающей средой. Современные приборы DLS могут измерять размеры частиц размером всего 0,6 Нм и 6 мкм в широком диапазоне концентраций проб. Из-за чувствительности к следовым количествам агрегатов и способности разрешать множественные размеры частиц, DLS идеально подходит для анализа размера частиц наноразмерного размера.
Когда неизвестные материалы заявленного наноразмерного размера поступают в лабораторию, визуальный контроль часто может служить хорошим индикатором фактического размера частиц. Частицы размером менее 100 нм не должны оседать со скоростью, определяемой при визуальном осмотре. Многие предположительно наноразмерные образцы, поступающие в лабораторию, осели во время отгрузки. Наличие видимого осадка на дне контейнеров для образцов вызывает озабоченность в отношении либо размера частиц, либо состояния агрегации. С помощью закона Стокса и табуляции скорость осаждения в зависимости от плотности, можно быстро определить, действительно ли текущий размер частиц находится в ожидаемом наноразмерном диапазоне. Образцы с размером частиц < 100 Нм будут оседать в любом месте от 13 дней до 3,5 лет, что подтверждает предположение о том, что визуальный контроль может быть использован для быстрого подтверждения наличия в образце частиц с размером частиц > 100 Нм.
Хотя динамический диапазон DLS более лучше одевает наночастицы, огибание лазера часто использовано когда размер частицы доказывает экспериментально для того чтобы быть больше чем 1 микрон. Обычно можно проверить корреляционную функцию от DLS, чтобы определить, когда размер больше, чем верхний диапазон этого метода, как видно на рисунке 1.
Корреляционная функция двух размерных измерений для образца Mn показана на Рис.1. Нефильтрованные данные показывают колебания числа, о которых свидетельствуют «всплески» в исходном состоянии при временах корреляции > 1 000 000 микросекунд, которые являются согласуется с большими видимыми агрегатами в образцах, которые были изображены с помощью микроскопа. На графике мы видим, что агрегаты могут быть удалены с помощью фильтра, но никакие частицы не остаются в суспензии. Если a 0.45 фильтр µm извлекает все частицы, тогда слишком немногие или никакие частицы под 0.45 мкм по размеру для проведения эксперимента.
