Fe ההיברידי משולב ₂ O ₃ חלקיקי -Au עבור חימום יעיל Plasmonic

המטרה הכוללת של מחקר זה היא לחקור את התכונות של סוג חדש של ננו-חלקיקי זהב רב-תכליתיים של תחמוצת ברזל המיוצרים בגישה כימית רטובה, ולהראות כיצד הם יכולים להמיר ביעילות אור לחום באמצעות השפעות פלזמוניות. אחת הדרכים להפחית את העלויות הכרוכות בננו-חלקיקי מתכת אצילים ליישומים תעשייתיים היא ליצור חלופות זולות יותר בעלות אותן תכונות בשבריר מהעלות. לדוגמה, ננו-חלקיקי זהב תחמוצת ברזל יכולים לחמם תמיסות מימיות פוטותרמית ביעילות כמו ננו-חלקיקי זהב טהור, תוך שמירה על התכונות המקוריות של האחרונים.

בשל עלותם הנמוכה ותכונותיהם הייחודיות, ניתן להשתמש בננו-חלקיקים שלנו ליישומים כגון מניפולציה פוטותרמית של AnaLight, הדמיה וחישה ביו-רפואית, עיבוד אנליטי וחישה מגנטית. כדי להתחיל בהליך זה, הכינו תמיסת מלאי טוחנת של 25 מילי-מולר של תחמוצת ברזל במים נטולי יונים. הוסף 10 מיליליטר מים נטולי יונים ומוט ערבוב לבקבוק חרוטי של 25 מיליליטר.

לאחר הנחת הבקבוק על גוש חימום, מוסיפים 100 מיקרוליטר מתמיסת ציר תחמוצת הברזל, ומחממים את התערובת תוך כדי ערבוב כחמש דקות. לאחר מכן, הכינו 10 מיליליטר של תמיסת נתרן ציטראט 1% על ידי המסת 0.1 גרם נתרן ציטראט ב -10 מיליליטר מים. הוסף 1 מיליליטר מתמיסת הנתרן ציטראט 1% לבקבוק המכיל את תמיסת תחמוצת הברזל.

לאחר חימום התמיסה ל -100 מעלות צלזיוס, הוסיפו לבקבוק 250 מיקרוליטר של חומצה כלורואורית טוחנת 0.01. המשך לחמם את התמיסה בחום של 100 מעלות למשך 10 דקות. לאחר מכן, הסר את התמיסה מגוש החימום והניח לה להתקרר לטמפרטורת החדר למשך שעה עד שעתיים.

לאחר מכן, יש לטהר את הדגימות על ידי צנטריפוגה למשך שבע דקות בטמפרטורה של 4, 700 x גרם. בסיום, הסר את הסופרנטנט מהדגימות. לאחר מכן, החזירו את הננו-חלקיקים עד מיליליטר אחד של מים נטולי יונים.

כדי לאפיין את הננו-חלקיקים, הניחו שלושה מיליליטר מהתמיסה המימית החומה-אדמדמה בקובטה מתאקרילט. הניחו מגנט שנרכש מסחרית בסמיכות לקובטה. בשלב זה, הפעל את ספק הכוח של הלייזר ואזן.

מקם את חלונות האיזון כך שלא יחסמו את נתיב הלייזר או יחסמו את הצמדים התרמיים של ה-IR. לאחר הסרת כיסויי המגן מהצמדים התרמיים IR, פתח את תוכנת איסוף הנתונים, לחץ על הפעל ותן שם למדידה, חימום.בזמן שהמערכת מתחממת, במכסה המנוע, הכינו את הדגימה על ידי פיפטינג הכמות המתאימה של התמיסה הרצויה לקובט מתאקרילט. כוונן את עוצמת הלייזר להגדרה הנמוכה ביותר שמייצרת קרן בקושי נראית לעין.

בדוק כדי לוודא שנקודת קרן הלייזר אינה חסומה, ונשארת בנקודת המוקד של הצמד התרמי IR. לאחר מכן, הנח את הדגימה על זרוע האיזון, כך שצד הקובט יהיה בניצב לקרן מדידת ה-IR של הצמד התרמי, ונקודת קרן הלייזר פוגעת במרכז התמיסה. הפחת את עוצמת הלייזר עד שהקרן כבר לא נראית.

לאחר השלמת החימום, עצור את תוכנית המדידה וצא מהתוכנה. לאחר איפוס היתרה ופתיחת תוכנת איסוף הנתונים, לחץ על הפעל וצור שם לקובץ הנתונים. התחל את איסוף הנתונים על-ידי לחיצה על שמור.

לאחר 120 שניות של איסוף נתונים, הגדל את עוצמת הלייזר להגדרה הרצויה. לאחר איסוף הנתונים למשך 1000 שניות נוספות, כוונן את עוצמת הלייזר להגדרה המינימלית וכבה את ספק הכוח של הלייזר. לאחר השלמת הניסוי, צא מהתוכנית.

לאחר כיבוי הכל ושחזור כל הציוד, שמור את נתוני הניסוי בפורמט ascii להמשך עיבוד. ניתוח SEM חושף את המורפולוגיה של ננו-חלקיקי הזהב של תחמוצת הברזל, ומראה אגרגטים של חלקיקי תחמוצת ברזל מעוגלים לא סדירים שנראים פונקציונליים עם ננו-חלקיקי זהב קטנים יותר, בהירים ומעוגלים. שיא ספיגה מובהק בספקטרום ה-UV-Vis-NIR של הננו-חלקיקים ההיברידיים נצפה ב-520 ננומטר, ומיוחס למצב ה-LSPR של ננו-חלקיקי הזהב, המתפקדים על תחמוצת הברזל.

ספקטרום ספיגת ה-UV-Vis של תמיסת התגובה מראה ספיגת אור גלויה קלה ראשונית, המיוחסת לננו-חלקיקי תחמוצת הברזל המפוזרים בתמיסה. ככל שהתגובה מתקדמת, נוצר שיא בדקה וחצי, התואם את היווצרות ננו-חלקיקי הזהב ושקיעתם על פני תחמוצת הברזל. מדידות חימום פוטותרמיות של ננו-חלקיקי זהב וזהב של תחמוצת הברזל מציגות פרופיל טמפרטורה כמעט זהה, כאשר הטמפרטורות עולות ביותר מ-40 מעלות צלזיוס.

ניסוי המים נטולי היונים לא מראה שינוי, מה שמדגים כי עליית הטמפרטורה בתמיסות הננו-חלקיקים נובעת אך ורק מפיזור האנרגיה האלקטרומגנטית הנספגת בננו-חלקיקים. השינוי במסה של תמיסת הננו-חלקיקים גדול בהרבה מקצב אידוי הרקע, מה שמעיד על טמפרטורות פני שטח גבוהות מספיק כדי לייצר קיטור בקצב משמעותי. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעתיים אם היא מבוצעת כראוי.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב להשתמש בכלי זכוכית מעבדה נקיים על מנת להבטיח תוצאות הניתנות לשחזור. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו מיקרוסקופ אלקטרונים, UV-Vis ו-DLS על מנת לקבוע אם התרחשו נזקים הנגרמים על ידי לייזר. נקוט באמצעי זהירות מתאימים בעת עבודה עם קרני לייזר פתוחות, כגון יישור המערכת עם עוצמות לייזר מינימליות, בדיקת השתקפויות תועות חוסמות זרות וסגירת הלייזר במידת האפשר, והרכבת משקפי בטיחות לייזר מתאימים בעת הצורך.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר ננו-חלקיקים זולים בכמויות גדולות, וכיצד לייצר חום ממוקד באופן אלחוטי ולפי דרישה עבור יישומים בעולם האמיתי.