Оптические схемы малогабаритных спектрографов на основе вогнутых отражательных голограммных дифракционных решеток для исследования наноматериалов

• Автор: Хасан Мазен
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Аналитический обзор литературы по исследованию наноматериалов

1.1. Методы исследования углеродных нанотрубок и особенности их

спектров

1.2. Методы исследования фуллеренов и особенности их спектров

1.3. Методы исследования квантовых точек и особенности их спектров

1.4. Спектральные приборы для исследования наноматериалов

1.5. Выводы
Глава 2. Анализ методов расчета и компьютерного моделирования оптических схем спектрографов
2.1. Анализ методов расчета оптических схем спектрографов
2.2. Программное обеспечение для автоматизации расчетов
2.3. Компьютерное моделирование оптических схем
2.4. Выводы
Глава 3. Экспериментальные исследования спектров углеродных наноматериалов
3.1. Исследование спектров поглощения и диффузного отражения
3.2. Исследование спектра рамановского рассеяния в углеродных
нанотрубках
3.2.1. Установка для исследования рамановского рассеяния
3.2.2. Результаты экспериментального исследования
3.3. Выводы
Глава 4. Оптические схемы малогабаритных спектрографов для исследования флуоресценции квантовых точек
4.1. Спектрографы для широких спектральных диапазонов
4.2. Спектрографы для каждого типа квантовых точек с повышенным
разрешением в узких спектральных диапазонах
4.3. Выводы
Глава 5. Оптические схемы малогабаритных спектрографов для исследования углеродных нанотрубок и фуллеренов
5.1. Рабочий спектральный диапазон
5.2. Спектрографы для исследования рамановского рассеяния при использовании для возбуждения различных лазеров
5.3. Спектрограф для исследования рамановского рассеяния со сменными дифракционными решетками
5.4. Спектрограф для исследования спектра поглощения в углеродных нанотрубках
5.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. Наноматериалы со своими особыми свойствами открыли новую эпоху в технике и технологии материалов. Уникальные свойства наноматериалов, в частности, квантовых точек (КТ), углеродных нанотрубок (УНТ) и фуллеренов, открывают широкие перспективы для их применения во многих областях науки и техники: в производстве конструкционных материалов, оптоэлектронике, микроэлектронике, медицине и биологии. Свойства наноматериалов в значительной мере зависят от размеров и структуры наночастиц. Поэтому одной из приоритетных задач нанотехнологии является контроль этих параметров.
Спектроскопические методы, в том числе рамановское рассеяние и флуоресценция, дают возможность быстрого и неразрушающего контроля характеристик наноматериалов. Имеется достаточно много задач, для решения которых требуются малогабаритные приборы с высоким спектральным разрешением, например, подтверждение наличия УНТ или фуллеренов в крупных композиционных изделиях; проведение надежного экспресс-анализа характеристик наноматериалов «на месте» в случае массового их производства; контроль флуоресценции КТ внутри организма больного человека при их использовании для визуализации патологий, детекции маркеров заболевания, получения изображений живых клеток или доставки лекарств. Последняя задача требует, чтобы спектральный прибор создавал пространственное изображение («изображающие» спектрографы).
Спектральные приборы, предназначенные для исследования рамановского рассеяния и флуоресценции, представляют собой, в основном, двойные и тройные монохроматоры, имеющие низкий коэффициент пропускания, большие габариты и высокую цену. В таких приборах отсутствует одновременная регистрация спектра, которая необходима при использовании многоэлементных фотоэлектрических приемников излучения, применяемых в современных малогабаритных приборах. Используемые в
длинное время жизни могут потенциально устранить функциональное ограничение химических и органических красителей и обычных флуорофоров.

2 thêta
Рис. 12. Рентгеновская дифракционная картина кубического нанокристалла PbS
размером 4 нм.
Флуоресцирующие полупроводниковые квантовые точки (в которых поглощение фотона рождает электрон-дырочные пары, а рекомбинация электронов и дырок вызывает флуоресценцию) обладают уникальными оптическими и химическими свойствами, их спектральные характеристики отличаются от обычных флуорофоров. Оптимизация технологии изготовления КТ позволила получать нанокристаллы с квантовым выходом, превышающим 70% (при комнатной температуре). Для КТ характерны широкие полосы возбуждения от УФ - до ближней ИК-области, а также большое значение Стоксового сдвига. Спектр флуоресценции узок (5—25 нм на полувысоте), идеально симметричен, а положение максимума испускания флуоресценции нанокристаллов определяется их диаметром (рис. 13).