Оптичні і люмінесцентні властивості гетерогенних систем на основі напівпровідникових квантових точок і металевих наночастинок
Вантажиться...
Дата
2022
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
ISSN
E-ISSN
Назва тому
Видавець
Одеський національний університет імені І. І. Мечникова
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 «Фізика та астрономія» (10 «Природничі науки»). – Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, Одеса, 2022.
Дисертацію присвячено вивченню впливу технологічних параметрів синтезу квантових точок сульфіду кадмію на оптичні і люмінесцентні властивості, а також дослідженню гетеросистем, що включають квантові точки та люмінесцентні барвники, а також квантові точки та наночастинки срібла. Досліджувані зразки отримані методом колоїдної хімії.
Вивчення впливу технологічних параметрів синтезу на оптичні і люмінесцентні властивості квантових точок (КТ) сульфіду кадмію, а також дослідження фотофізики гібридних асоціатів на основі колоїдних КТ, мають фудаментальний і прикладний характер.
На основі золь-гель техніки розроблені методи синтезу колоїдних КТ CdS в желатині з середніми діаметрами 4-10 нм розмірно - залежними оптичними властивостями, композитів на основі КТ CdS з наночастинками срібла і молекулами барвників.
Встановлено, що для розуміння механізму утворення дефектів в нанокристалах (НК) CdS при їх синтезі в водних розчинах солей потрібно враховувати результат протікання процесу гідролізу і залежність його продуктів від величини рН розчину. Визначено, що спектр люмінесценції вирощених колоїдних КТ CdS, є чутливим до параметрів процесу синтезу. Встановлено залежність спектрів випромінювання КТ CdS від величини рН розчину, стехіометрії. Показано, що за рахунок оптимального вибору параметрів синтезу можливо передбачити відповідний спектр люмінесценції. Вперше встановлено залежність спектрів люмінесценції КТ CdS від додавання речовини з різним рН до виготовлених зразків колоїдного розчину КТ CdS. Цей факт свідчить про можливе практичне застосування колоїдних КТ CdS для створення рН-сенсорів на їх основі.
Виявлено трансформацію спектра фотолюмінесценції (ФЛ) КТ в результаті впливу барвників метиленового блакитного (МБ) і акридинового жовтого (АЖ) на фотолюмінесценцію КТ CdS. Показано, що спектр люмінесценції КТ CdS - барвник залежить від співвідношення між спектрами випромінювання КТ CdS та спекрами поглинання барвників. Механізм, що обумовлює трансформацію контура спектра ФЛ КТ CdS пов'язаний з процесами перенесення енергії від НК CdS до барвників.
При дослідженні впливу срібла на ФЛ КТ CdS виявлено підсилення фотолюмінесценції КТ та залежність коефіцієнта підсилення від концентрації наночастинок (НЧ) срібла, а саме, при малій кількості срібла спостерігається підсилення люмінесценції і гасіння люмінесценції – при збільшенні концентрації.
Механізм впливу НЧ срібла на інтенсивність люмінесценції КТ пояснюється з точки зору впливу концентрації срібла на співвідношення ефектів поглинання і розсіювання цими частинками. Наночастинки металу в стані плазмонного резонансу беруть участь в двох процесах - вони поглинають і розсіюють світло. При поглинанні посилення люмінесценції не буде спостерігатися. При зменшенні відстані між частинками поглинання переважає над розсіюванням. Зі збільшенням концентрації НЧ срібла їх густина збільшується і вони переважно поглинають енергію плазмонів, що веде до ослаблення ефекту посилення.
Thesis for philosophy doctor’s degree by specialty 104 «Physics and astronomy» (10 «Natural Sciences») – Odessa I.I. Mechnikov National University, Odessa, 2022. The dissertation is devoted to the study of the influence of technological parameters of the synthesis of quantum dots of cadmium sulfide on the optical and luminescent properties, as well as the study of heterosystems, including quantum dots and luminescent dyes, as well as quantum dots and silver nanoparticles. The samples under study were obtained by coloid chemistry. The study of the effect of technological parameters of synthesis on the optical and luminescent properties of quantum dots (QDs) of cadmium sulfide, as well as studies of the photophysics of hybrid associates based on colloidal QDs, are of fundamental and applied nature. On the basis of the sol-gel technique, methods have been developed for the synthesis of colloidal CdS QDs in gelatin with an average diameter of 4-10 nm, size-dependent optical properties, composites based on CdS QDs with silver nanoparticles and dye molecules. It was found that to understand the mechanism of the formation of defects in CdS nanocrystals (NC) during their synthesis in aqueous solutions of salts, it is necessary to take into account the result of the hydrolysis process and the dependence of its products on the pH of the solution. It was determined that the luminescence spectrum of grown colloidal CdS QDs is sensitive to the parameters of the synthesis process. The dependence of the emission spectra of CdS QDs on the pH value of the solution and stoichiometry has been established. It is shown that due to the optimal choice of the synthesis parameters, it is possible to provide for the corresponding luminescence spectrum. The dependence of the luminescence spectra of CdS QDs on the addition of a substance with different pH to the prepared samples of a colloidal solution of CdS QDs has been established for the first time. This fact indicates the possible practical application of colloidal CdS QDs to create pH sensors based on them. Transformation of the photoluminescence (PL) spectrum of QDs was revealed as a result of the action of methylene blue (MB) and acridine yellow (AY) dyes on the photoluminescence of CdS QDs. It is shown that the luminescence spectrum of CdS QDs - a dye depends on the ratio between the emission spectra of CdS QDs and the absorption spectra of dyes. The mechanism responsible for the transformation of the contour of the PL spectrum of CdS QDs is associated with the processes of energy transfer from NC CdS to dyes. An investigation of the effect of silver on the PL of CdS QDs revealed an increase in the photoluminescence of QDs and a dependence of the gain on the concentration of silver nanoparticles (NPs), namely, with a small amount of silver, an increase in luminescence and quenching of luminescence are observed with increasing concentration. The mechanism of the influence of silver NPs on the QD luminescence intensity is explained from the point of view of the influence of the silver concentration on the ratio of absorption and scattering effects by these particles. Metal nanoparticles in the state of plasmon resonance participate in two processes - they absorb and scatter light. No amplification of luminescence will be observed upon absorption. As the distance between particles decreases, absorption prevails over scattering. With an increase in the concentration of silver NPs, their density increases and they predominantly absorb the energy of plasmons, which leads to a weakening of the amplification effect.
Thesis for philosophy doctor’s degree by specialty 104 «Physics and astronomy» (10 «Natural Sciences») – Odessa I.I. Mechnikov National University, Odessa, 2022. The dissertation is devoted to the study of the influence of technological parameters of the synthesis of quantum dots of cadmium sulfide on the optical and luminescent properties, as well as the study of heterosystems, including quantum dots and luminescent dyes, as well as quantum dots and silver nanoparticles. The samples under study were obtained by coloid chemistry. The study of the effect of technological parameters of synthesis on the optical and luminescent properties of quantum dots (QDs) of cadmium sulfide, as well as studies of the photophysics of hybrid associates based on colloidal QDs, are of fundamental and applied nature. On the basis of the sol-gel technique, methods have been developed for the synthesis of colloidal CdS QDs in gelatin with an average diameter of 4-10 nm, size-dependent optical properties, composites based on CdS QDs with silver nanoparticles and dye molecules. It was found that to understand the mechanism of the formation of defects in CdS nanocrystals (NC) during their synthesis in aqueous solutions of salts, it is necessary to take into account the result of the hydrolysis process and the dependence of its products on the pH of the solution. It was determined that the luminescence spectrum of grown colloidal CdS QDs is sensitive to the parameters of the synthesis process. The dependence of the emission spectra of CdS QDs on the pH value of the solution and stoichiometry has been established. It is shown that due to the optimal choice of the synthesis parameters, it is possible to provide for the corresponding luminescence spectrum. The dependence of the luminescence spectra of CdS QDs on the addition of a substance with different pH to the prepared samples of a colloidal solution of CdS QDs has been established for the first time. This fact indicates the possible practical application of colloidal CdS QDs to create pH sensors based on them. Transformation of the photoluminescence (PL) spectrum of QDs was revealed as a result of the action of methylene blue (MB) and acridine yellow (AY) dyes on the photoluminescence of CdS QDs. It is shown that the luminescence spectrum of CdS QDs - a dye depends on the ratio between the emission spectra of CdS QDs and the absorption spectra of dyes. The mechanism responsible for the transformation of the contour of the PL spectrum of CdS QDs is associated with the processes of energy transfer from NC CdS to dyes. An investigation of the effect of silver on the PL of CdS QDs revealed an increase in the photoluminescence of QDs and a dependence of the gain on the concentration of silver nanoparticles (NPs), namely, with a small amount of silver, an increase in luminescence and quenching of luminescence are observed with increasing concentration. The mechanism of the influence of silver NPs on the QD luminescence intensity is explained from the point of view of the influence of the silver concentration on the ratio of absorption and scattering effects by these particles. Metal nanoparticles in the state of plasmon resonance participate in two processes - they absorb and scatter light. No amplification of luminescence will be observed upon absorption. As the distance between particles decreases, absorption prevails over scattering. With an increase in the concentration of silver NPs, their density increases and they predominantly absorb the energy of plasmons, which leads to a weakening of the amplification effect.
Опис
Ключові слова
квантова точка, наночастинки, наноструктуровані матеріали, оптичні та люмінесцентні властивості, барвник, діелектрична проникність, поляризація, полімер, вода, золь-гель технологія, розчини, pH, ядро-оболонка, біосенсори, дефекти, quantum dot, nanoparticles, nanostructured materials, optical and luminescence properties, dye, dielectric permittivity, polarization, polymer, water, sol-gel technique, solutions, core-shell, biosensors, defects
Бібліографічний опис
Вергелес К. О. Оптичні і люмінесцентні властивості гетерогенних систем на основі напівпровідникових квантових точок і металевих наночастинок: дис… д-ра філос. за спец. 104 «Фізика та астрономія» (10 «Природничі науки») / К. О. Вергелес. – Одеський національний університет імені І.І. Мечникова: Одеса, 2022.