Caracterização de nanocristal Tamanho Distribution utilizando Espectroscopia Raman com um Multi-partícula Phonon Confinamento Modelo

O objetivo geral deste procedimento é utilizar a espectroscopia Raman para determinar a distribuição do tamanho de nanopartículas de forma rápida, confiável e não destrutiva. Isso é realizado primeiramente adquirindo o espectro Raman das nanopartículas de interesse. O segundo passo consiste em analisar os dados obtidos e identificar as subdistribuições presentes neles utilizando o modelo de confinamento fonônico multifásico.

Em seguida, determinam-se o tamanho médio e o fator de largura das subdistribuições provenientes do modelo ajustado. O passo final consiste em utilizar os parâmetros obtidos para determinar a distribuição real de tamanho das nanopartículas de interesse. Em última análise, a espectroscopia Raman é utilizada para demonstrar que é possível determinar a distribuição de tamanho de nanopartículas de forma rápida, confiável e não destrutiva.

A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios X, é que a espectroscopia Raman fornece resultados rápidos e confiáveis de maneira não destrutiva, além de estar disponível sob demanda na maioria dos laboratórios. Comece sintetizando os nanocristais de interesse. Deposite os nanocristais de silício sobre um substrato de vidro utilizando deposição química de vapor assistida por plasma.

Aqui, nano-cristais de silício são sintetizados com um tamanho aproximado de dois a 120 nanômetros e uma distribuição bimodal nas faixas de dois a 10 nanômetros e de 40 a 120 nanômetros. Em seguida, ligue o laser do equipamento de espectroscopia Raman e aguarde cerca de 15 minutos para que o laser aqueça e sua intensidade se estabilize; certifique-se de que o laser e as luzes ativas estejam desligados antes de abrir a porta, para garantir a segurança contra a iluminação indesejada do laser em funcionamento. Em seguida, pressione a porta.

Libere e abra a porta da câmara de medição. Coloque a amostra sobre o suporte. Selecione a objetiva de 50 x e foque na superfície do pó de nanocristal.

Em seguida, feche a porta da câmara de medição. Depois, remova o obturador clicando no botão de ejeção do obturador. O indicador do laser agora deve piscar em verde e o indicador ativo deve piscar em vermelho na imagem em tempo real. Pronto.

Ajuste o foco da amostra utilizando o manipulador de roda até que o ponto a laser mais pequeno seja observado na imagem em tempo real. Em seguida, na barra de ferramentas de medição, selecione a nova opção de aquisição espectral. Na janela pop-up, defina a faixa de medição entre 150 e 700 centímetros inversos. Defina o tempo de medição como 30 segundos, o número total de aquisições como dois e a porcentagem da potência do laser como 0,5%, com base num laser de 25 miliwatts.

A seguir, inicie a medição clicando no botão de início da aquisição na barra de menu. Após a conclusão da medição, feche o obturador clicando no botão de fechar obturador, salve os dados como um arquivo WXD e também como um arquivo TXT. O arquivo de texto será utilizado para a análise dos dados experimentais.

Observe que as luzes do laser e do modo ativo estão desligadas. Em seguida, pressione o botão de liberação da porta e abra a porta da câmara de medição. Depois, meça uma referência em massa do nanomaterial repetindo este processo.

Usando uma amostra de referência da posição do pico do material em massa, estime o deslocamento relativo. Primeiro, abra os arquivos de texto das medições para a medição do nano cristal e para a referência do material em massa antes de plotar os dados. Suavize-os utilizando cúbicas, spline, e normalize os dados para um nas suas posições de pico mais altas.

Para obter uma boa comparação dos deslocamentos relativos dos picos, plote os dados do nano cristal de silício e do silício de referência. Determine a posição do pico do silício de referência e estime a quantidade do deslocamento, se houver, em relação à posição real do pico de 521 centímetros inversos. Em seguida, salve os dados do nano cristal de silício processado como um arquivo TXT.

Em seguida, inicie o procedimento de ajuste. Digite a função de ajuste mostrada aqui em um programa de análise, como o Mathematica. Certifique-se de que o intervalo para a assimetria esteja entre 0,1 e 1,0, e o intervalo do tamanho médio esteja entre dois nanômetros e 20 nanômetros. Para o procedimento de ajuste, primeiramente, importe os dados normalizados e corrigidos como entrada para o modelo de ajuste não linear.

Usando o comando de importação, pressione shift e enter para executar o procedimento de ajuste. Em seguida, insira os valores obtidos para o tamanho médio e a assimetria na função de distribuição genérica predefinida mostrada aqui. Por fim, destaque a equação de distribuição de tamanho mostrada aqui e plote a distribuição de tamanho de dois a 15 nanômetros usando o comando de plotagem, com esses valores como limites inferior e superior da distribuição.

As partículas na amostra mostrada aqui foram medidas por microscopia eletrônica de transmissão e apresentaram uma distribuição bimodal de tamanho de nanopartículas. As nanopartículas pequenas tinham entre dois e 10 nanômetros, e as nanopartículas grandes tinham entre 40 e 120 nanômetros. A análise do espectro Raman revela que a distribuição de tamanho das partículas pequenas está realmente na faixa de dois a 10 nanômetros.

Verificou-se que a distribuição era log-normal, com tamanho médio de 4,2 nanômetros e assimetria de 0,27. A espectroscopia Raman é um método ideal para medir a pequena diferença de tamanho de nanopartículas de silício formadas utilizando dois fluxos diferentes de sane; quando o fluxo foi aumentado de três centímetros cúbicos padrão por segundo para 10, o diâmetro médio das partículas diminuiu e a assimetria aumentou ligeiramente. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em apenas alguns minutos, se executada corretamente.