هجين متعدد الوظائف الحديد ₂ O ₃ -Au النانوية لالتدفئة Plasmonic كفاءة

الهدف العام لهذه الدراسة البحثية هو التحقيق في خصائص فئة جديدة من جزيئات الذهب النانوية متعددة الوظائف من أكسيد الحديد التي تنتجها نهج كيميائي رطب ، وإظهار كيف يمكنها تحويل الضوء إلى الحرارة بكفاءة من خلال التأثيرات البلازمونية. تتمثل إحدى طرق تقليل التكاليف المرتبطة بالجسيمات النانوية المعدنية النبيلة للتطبيقات الصناعية في إنشاء بدائل أرخص لها نفس الخصائص بجزء بسيط من التكلفة. على سبيل المثال ، يمكن لجزيئات الذهب النانوية لأكسيد الحديد تسخين المحاليل المائية حراريا ضوئيا بكفاءة مثل جزيئات الذهب النانوية النقي ، مع الاحتفاظ بالخصائص الأصلية لهذا الأخير.

نظرا لتكلفتها المنخفضة وخصائصها الفريدة ، يمكن استخدام جزيئاتنا النانوية لتطبيقات مثل التلاعب بالحرارة الضوئية AnaLight ، والتصوير والاستشعار الطبي الحيوي ، والمعالجة التحليلية ، والاستشعار المغناطيسي. لبدء هذا الإجراء ، قم بإعداد محلول مخزون 25 مللي من أكسيد الحديد في الماء منزوع الأيونات. أضف 10 مل من الماء منزوع الأيونات وقضيب التحريك إلى قارورة مخروطية سعة 25 مل.

بعد وضع القارورة على كتلة تسخين ، أضف 100 ميكرولتر من محلول مخزون أكسيد الحديد ، وقم بتسخين الخليط مع التحريك لمدة خمس دقائق تقريبا. بعد ذلك ، قم بإعداد 10 مل من محلول سترات الصوديوم 1٪ عن طريق إذابة 0.1 جرام من سترات الصوديوم في 10 مل من الماء. أضف 1 مليلتر من محلول سترات الصوديوم 1٪ إلى القارورة التي تحتوي على محلول أكسيد الحديد.

بعد تسخين المحلول إلى 100 درجة مئوية ، أضف 250 ميكرولتر من 0.01 حمض الكلوروريك المولي إلى القارورة. استمر في تسخين المحلول على حرارة 100 درجة لمدة 10 دقائق. بعد ذلك ، قم بإزالة المحلول من كتلة التسخين واتركه ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة إلى ساعتين.

بعد ذلك ، قم بتنقية العينات عن طريق الطرد المركزي لمدة سبع دقائق عند 4 ، 700 × جم. عند الانتهاء ، قم بإزالة المادة الطافية من العينات. بعد ذلك ، قم بتعويض الجسيمات النانوية في ما يصل إلى مليلتر واحد من الماء منزوع الأيونات.

لتوصيف الجسيمات النانوية ، ضع ثلاثة ملليلتر من المحلول المائي البني المحمر في كوفيت الميثاكريلات. ضع مغناطيسا تم شراؤه تجاريا على مقربة من الكوفيت. في هذه المرحلة ، قم بتشغيل مصدر طاقة الليزر والتوازن.

ضع نوافذ التوازن بحيث لا تعيق مسار الليزر أو تسد المزدوجات الحرارية بالأشعة تحت الحمراء. بعد إزالة الأغطية الواقية من المزدوجات الحرارية بالأشعة تحت الحمراء ، افتح برنامج جمع البيانات ، وانقر فوق تشغيل ، وقم بتسمية القياس ، إحماء.أثناء تسخين النظام ، في غطاء ، قم بإعداد العينة عن طريق سحب الكمية المناسبة من المحلول المطلوب في كوفيت ميثاكريلات. اضبط طاقة الليزر على أدنى إعداد ينتج شعاعا بالكاد مرئيا.

تحقق للتأكد من أن بقعة شعاع الليزر غير عائقة ، وتظل في النقطة المحورية للمزدوج الحراري بالأشعة تحت الحمراء. بعد ذلك ، ضع العينة على ذراع التوازن ، بحيث يكون جانب الكوفيت عموديا على شعاع قياس الأشعة تحت الحمراء للمزدوجة الحرارية ، وتضرب بقعة شعاع الليزر مركز المحلول. قلل طاقة الليزر حتى يصبح الشعاع غير مرئي.

بمجرد اكتمال الإحماء ، أوقف برنامج القياس واخرج من البرنامج. بعد إعادة تصفير الرصيد وفتح برنامج جمع البيانات ، انقر فوق تشغيل وأنشئ اسما لملف البيانات. ابدأ جمع البيانات بالنقر فوق حفظ.

بعد 120 ثانية من جمع البيانات ، قم بتشغيل طاقة الليزر إلى الإعداد المطلوب. بعد جمع البيانات لمدة 1000 ثانية أخرى ، اضبط طاقة الليزر على الحد الأدنى من الإعداد وقم بإيقاف تشغيل مصدر طاقة الليزر. بمجرد اكتمال التجربة ، اخرج من البرنامج.

بعد إيقاف تشغيل كل شيء واستعادة جميع المعدات ، احفظ البيانات التجريبية بتنسيق ascii لمزيد من المعالجة. يكشف تحليل SEM عن مورفولوجيا جزيئات الذهب النانوية لأكسيد الحديد ، حيث تظهر مجاميع جزيئات أكسيد الحديد غير المنتظمة المستديرة التي تبدو وظيفية مع جزيئات الذهب النانوية الأصغر والمشرقة والمستديرة. لوحظت ذروة امتصاص مميزة في طيف UV-Vis-NIR للجسيمات النانوية الهجينة عند 520 نانومتر ، وتعزى إلى وضع LSPR للجسيمات النانوية الذهبية ، مما يؤدي إلى تشغيل أكسيد الحديد.

تظهر أطياف امتصاص UV-Vis لمحلول التفاعل بعض امتصاص الضوء المرئي الطفيف الأولي ، الذي يعزى إلى جزيئات أكسيد الحديد النانوية المنتشرة في المحلول. مع استمرار التفاعل ، تتشكل الذروة في 1.5 دقيقة ، والتي تتوافق مع تكوين الجسيمات النانوية الذهبية وترسوبها على سطح أكسيد الحديد. تظهر قياسات التسخين الحراري الضوئي لجزيئات الذهب والذهب النانوية أكسيد الحديد ملف تعريف درجة حرارة متطابق تقريبا ، مع زيادة درجات الحرارة بأكثر من 40 درجة مئوية.

تظهر تجربة الماء منزوع الأيونات أي تغيير ، مما يدل على أن ارتفاع درجة الحرارة في محاليل الجسيمات النانوية يرجع فقط إلى تبديد الطاقة الكهرومغناطيسية الممتصة في الجسيمات النانوية. التغيير في كتلة محلول الجسيمات النانوية أكبر بكثير من معدل تبخر الخلفية ، مما يشير إلى درجات حرارة سطح عالية بما يكفي لتوليد البخار بمعدل كبير. بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في غضون ساعتين إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم استخدام الأواني الزجاجية المختبرية النظيفة لضمان نتائج قابلة للتكرار. باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء طرق أخرى مثل المجهر الإلكتروني و UV-Vis و DLS لتحديد ما إذا كانت أي أضرار ناجمة عن الليزر. اتخذ الاحتياطات المناسبة عند العمل مع أشعة الليزر المفتوحة ، مثل محاذاة النظام مع الحد الأدنى من قوى الليزر ، وفحص الانعكاسات الشاردة للحجب الأجنبي ، وإغلاق الليزر كلما أمكن ذلك ، وارتداء نظارات السلامة بالليزر المناسبة عند الضرورة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنتاج جسيمات نانوية رخيصة بكميات كبيرة ، وكيفية توليد حرارة مستهدفة لاسلكيا وعند الطلب لتطبيقات العالم الحقيقي.