عنوان

مطالعه اثر نقاط کوانتومی گرافنی در حسگرهای گازی

‭۱۹۳۰۲پ‬

per

مطالعه اثر نقاط کوانتومی گرافنی در حسگرهای گازی

/داود راعیانی

: فیزیک کاربردی و ستاره شناسی

، ‮‭۱۳۹۶‬

، راشدی

چاپی

کارشناسی ارشد

فوتونیک، گرایش الکترونیک

‮‭۱۳۹۶/۰۶/۱۳‬

تبریز

نقاط کوانتومی به دلیل قابل تنظیم بودن گاف باندی وگسستگی چگالی حالات که ناشی از محدودیت کوانتومی است، در ساخت افزاره های اپتوالکترونیکی نسل جدید حائر اهمیت هستند .از طرفی نقاط کوانتومی گرافنی به دلیل جذب اپتیکی بالاو سرعت بالای ترابرد الکترون دارای جذابیت ویژه ای برای این کاربردها هستند .تاکنون روش های متنوعی برای تولید نقاط کوانتومی گرافنی پیشنهاد شده است .در این پایان نامه به روش هیدروترمال و به کمک نفوذ نمک تارتارات پتاسیم سدیم بین لایه های گرافیت و ایجاد فاصله بین این صفحات آن این اتفاق محقق شد .در نهایت با کمک کیسه های دیالیز یون های اضافی موجود در محلول از آن جدا شد .سپس انواع روش های مشخصه یابی از جمله‮‭SEM‬ ،‮‭TEM‬ ،‮‭AFM‬ ، طیف جذبی‮‭Vis- UV‬، طیف فوتولومینسانس و طیف‮‭IR - FT‬بر روی نقاط کوانتومی سنتز شده انجام شد .این بررسی ها نشان داد که اندازه نقاط کوانتومی گرافنی سنتز شده به طور متوسط در بازه ‮‭۵‬ تا ‮‭۳۰‬ نانومتر است و جذب نور خوبی در ناحیه فرابنفش دارد که با تحریک آن با نوری در این ناحیه، نوری در ناحیه آبی از خود گسیل می کنند .به دلیل همین خواص اپتیکی منحصر به فرد، در ادامه از آنها برای ساخت حسگر گازی بر پایه خواص اپتیکی استفاده کردیم .مطالعات ما نشان می دهد که نقاط کوانتومی گرافنی از طریق تغییرات طیف فوتولومینسانس، قادر به شناسایی گاز ‮‭CO۲‬ حل شده در آب هستند و طول موج پیک فوتولومینسانس آن تحت تاثیر این گاز در حدود ‮‭۵‬ نانومتر تغییر می کند که این مقدار قدری بیشتر از تاثیر دیگر مواد حاوی کربن مانند اتیلن گیلیکول بوده است .علاوه بر این با لایه نشانی نقاط کوانتومی بر روی زیر لایه کوارتز و بررسی تغییرات طیف جذبی در حضور گاز ‮‭CO۲‬ ، نتایج قابل توجهی حاصل شد .بر اساس نتایج این آزمایش‌صها زمان پاسخ‌صدهی حسگر به طور متوسط در حدود ‮‭۱۰۰‬ ثانیه اندازه‌صگیری شد، که ‮‭۳۰‬ ثانیه سریع‌صتر از موارد گزارش شده است .همچنین میزان تغییرات شدت نور جذب شده به مقدار قابل توجهی از نتایج به دست آمده توسط دیگر گروه ها بیشتر بوده است .از طرفی ما برای بررسی صحت آزمایش‌صها اقدام به شبیه سازی خواص حسگری اپتیکی نقاط کوانتومی گرافنی بر اساس نظریه تابع چگالی وابسته به زمان و از طریق بسته نرم افزاری گاوسین نمودیم که نتایج بدست آمده از آن با نتایج بدست آمده از مطالعات تجربی، مطابقت خوبی داشته است .همچنین نتایج این محاسبات کمک شایانی در پیش‌صگویی و توجیه رفتار نقاط کوانتومی در هنگام جذب گاز دی اکسید کربن و بررسی تاثیر این رفتار بر روی خواص اپتیکی آن‌صها نمودند

Because of band gap engineering and discrete density of states due to quantum confinement, quantum dots are noticeable in producing new generation of optoelectronic devices. In other hand graphene quantum dots (GQDs) for the reason of high optical absorption and high speed of electron transparency, have a special attraction for these usages. Until now different methods were used to product GQDs. In this thesis synthesizing of GQDs was achieved, with hydrothermal method and using potassium sodium tartrate to form Graphite Intercalation Compounds. Also For Purification of GQDs we used the dialysis tubing. Photoluminescence (PL), UV-Vis, FT-IR spectrums, AFM Analysis, SEM and TEM images were used for characterization. These analyses showed that the size of GQDs was about 5 to 30 nm and GQDs have a considerable absorption peak in UV light range. By excitation of these quantum dots in this range of light, they showed blue emitting photoluminescence. Because of these significant optical properties, in the following of thesis work we used them to fabricate an optical gas sensor. Our studies show that graphene quantum dots are able to detect CO2 dissolved in water through changes in the photoluminescence spectrum. Its photoluminescence peak wavelength difference affected by this gas was at about 5 nm which was more than the other carbon-containing materials like ethylene glycol. In addition, by coating GQDs on quartz substrate and studying changes in the absorption spectrum in the presence of CO2 gas, significant results were obtained. According to these experiments, the response time of the sensor was measured about 100 seconds, which is 30 seconds faster than other reported cases. Also, absorbed light intensity difference was significantly higher than the results obtained by other groups. On the other hand to verify the accuracy of the experiments, we tried to simulate the optical sensing properties of graphene quantum dots based on the time-dependent density function theory using Gaussian software package. The results were in good agreement with the experiments and helped to predict and explain the behavior of quantum dots during carbon dioxide gas adsorption and investigate the effect of this behavior on their optical properties

راعیانی، داود

شجاعی، سعید، استاد راهنما

احمدی، سهراب، استاد راهنما

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی