İnşaat ve ışık tahrik altın Nanorod Rotary Motor sistemi

Bu deneysel sistemin genel amacı, dairesel polarize optik cımbız kullanarak nano ölçekte dönme ve tork üretmek ve ölçmektir. Dönen nesneler, brown dinamiği analizi ve ışık saçılma spektroskopisi için ek enstrümantasyon kullanılarak sorgulanabilir. Bu yöntem, nano ölçekli termal ve optik fizikteki temel soruları yanıtlamamıza yardımcı olabilir.

Örneğin, nano parçacık ile ilgili brown difüzyonu ve optik açısal momentumun bir nano parçacığa aktarılması. Bu tekniğin temel avantajı, yüksek frekanslarda kararlı nano parçacık dönüşüne izin vermesi ve ölçümlerin nano parçacık ve yakın çevresi hakkında ayrıntılı bilgi sağlamasıdır. Buradaki fikir, optik cımbız kurulumunda odaklanmış bir lazer ışını ile metalik bir nano parçacığı yakalamaktır.

Yakalama lazeri dairesel olarak polarize edilirse, nano parçacık, açısal momentumun ışıktan aktarılması nedeniyle dönecektir. Kurulumu uygun bir ters çevrilmiş mikroskop etrafında oluşturun. Kurulum, hem optik cımbız hem de sıkışmış bir parçacık üzerindeki ölçümler için öğeler içerir.

Bu, kurulumun şematik bir temsilidir. Şimdilik, optik cımbız için öğelere odaklanın. 500 miliwatt'a kadar sabit çıkış gücüne sahip 660 nano metre doğrusal polarize lazer seçin.

Işını genişletmek için kepler teleskop konfigürasyonunda mercekler kullanın. Lazer ışınını mikroskoba yönlendirmek için kinematik yuvalarda aynalar kullanın. Mikroskobun içinde, lazer ışığını objektife bağlamak için 50 50 ışın ayırıcı kullanın.

Hizalama ve veri toplama için, yansıyan ışığın yoluna bir kamera ekleyin. Bu durumda, mikroskobun içindeki dönen bir ayna ışığı ona yönlendirebilir. Işını genişletmek için kepler lenslerini ayarlayın.

Odağı optimize etmek için ışını yakalama hedefinin arka açıklığından biraz daha büyük yapın. Kolimasyonu kontrol etmek için ışın yolu boyunca hareket edin. Işın çapı, hedefe yayılırken sabit olmalıdır.

Lazeri bir cam slayta veya aynaya odaklayın. Işın yolundaki aynalarla ince ayar yapın. Yanlış hizalanmış bir lazer, radyal olarak simetrik olmayan bir yoğunluk modeline sahiptir.

Lazer hizalanmışsa, odak noktasının üstünde ve altında odak değiştirilirken yoğunluk modeli radyal olarak simetriktir. Şimdi çeyrek dalga plakasını tanıtarak ışını dairesel olarak polarize edin. Hızlı ekseni ile 45 derecelik açıyla ışığın doğrusal polarizasyonuna yönlendirin.

Optimum dönme performansı için, lazerin iyi bir dairesel polarizasyonuna sahip olmak çok önemlidir. Bu aşamada sorun ortaya çıkarsa, ışın yolundaki optik bileşenlerin olumsuz çift kırılmasını düzeltmek için yarım dalga plakasını yerleştirin. Son olarak, yağa daldırılmış kondansatör kullanarak bir karanlık alan sistemi ve yaka aydınlatması kurun.

Foton korelasyon spektroskopisi için elemanları onarın. Işığı mikroskoptan bir bağlantı noktasına yönlendirmek için ışın ayırıcıyı takın. Bağlantı noktasına, doğrusal bir polarizör düzeneğini ve ardından bir toplama lifi ile bir xy aşamasını yerleştirin.

Işığı x y çeviri aşamasındaki toplama elyafına odaklayın. Fiber nihayetinde hızlı bir tek pikselli silikon foto diyota gidecektir. Toplama lifinin çekirdek boyutunun, öteleme kahverengi hareketi nedeniyle gezileri sırasında nano parçacığın görüntüsünü içerecek kadar büyük olduğundan emin olun.

Bu kriter karşılanmazsa, toplanan verilerin yorumlanması zor olabilir. Toplama lifini hizalamak için, görünür ışığı bağlı olmayan ucuna bağlayın. Bu, mikroskoptaki alt tabakayı aydınlatacak ve elyafın toplama bölgesinin ziyaret edilmesine izin verecektir Translasyon aşaması ile elyaf konumunu ayarlayın.

Toplama bölgesi optik tuzağın konumuyla çakıştığında durun. Ardından fiber ucunu ışık kaynağından dedektöre hareket ettirin. Bu şemada, bu elemanlar foton korelasyon spektroskopisi için gereken kurulumu temsil eder.

Karanlık alan spektroskopisi kurulumu için spektrometreyi yerinde bulundurun. Yansıyan ışının yolundaki ayna ile ışığı spektrometreye yönlendirin. Bu durumda, ayna mikroskop gövdesi ile birlikte bulunur Yakalayan lazer ışığını çıkarmak için aynadan önce bir çentik filtresi kullanın.

Optik cımbızın spektrometre yarığıyla çakışmasını sağlamak için kılavuz aynaları ayarlayın. Deney için parçacıkları hazırlayarak başlayın. Parçacıkları deiyonize su içinde uygun bir konsantrasyona seyreltin.

Agregaları parçalamak ve homojen bir dağılım oluşturmak için seyreltilmiş çözeltiyi iki dakika boyunca sonikleştirin. Ardından, örnek hücreyi hazırlayın. Bir mikroskop lamı kullanın ve camı kapatın.

Her birini asetonda beş dakika boyunca sonikleştirin, ardından izopropanol ekleyin. İşiniz bittiğinde, cam slayt üzerinde 100 mikrometre derinliğinde bir ara bant oluşturun. Seyreltilmiş nano parçacık çözeltisinin iki mikro litresini kuyu içinde dağıtın.

Ayrıca kapak camına iki mikro litre bırakın. Hücrenin iki parçasını bir araya getirin. Haznenin içinde herhangi bir hava kabarcığı olmamalıdır.

Hücreyi mikroskop aşamasına taşıyın. Numunenin üzerine bir damla indeksi eşleşen daldırma yağı yerleştirin. Kondansatörün üzerine bir damla daha damlatın.

Deneyi, yakalama lazeri bloke edilmiş olarak başlatın. Karanlık alan görüntüleme sisteminde gözlem yoluyla uygun bir parçacık bulunur. Lazerin engelini kaldırın ve parçacığı su bardağı arayüzüne doğru itmek için sahneyi ve odağı manipüle edin.

Dönme dinamiği ölçümleri için, silikon foto dedektör ile yoğunluk salınımını toplayın. Spektroskopik ölçümler için, yoğun dağılmış düzgün dağılan polistiren boncukların alt tabakası ile başlayın. Alt tabaka saçılma tepkisinden beyaz ışık spektrumunu kaydedin.

Daha sonra mikroskoptaki boncuk örneğini nano parçacık örneğiyle değiştirin. Bindirme noktasından gelen dağınık ışıkla bir arka plan spektrumu kaydedin. Daha sonra dedektörden gelen tüm ışığı engelleyin, bu koşul altında karanlık bir spektrum kaydedin.

Bloğu ışından çıkarın, son olarak bir nano parçacığı yakalayın ve onunla ilişkili ham spektrumu kaydedin. Bunlar, sıkışmış, dönen, nano bir çubuktan geri saçılan lazer ışığının yoğunluk dalgalanmalarıdır. Bu tür işlenmemiş verilerden, herhangi bir zaman ölçeğinde bilgi çıkarmak zordur.

Bununla birlikte, yoğunluk verileri otomatik olarak ilişkilendirildiğinde, nano çubuğun dönüş frekansı ile ilgili salınımları gösterir. Birkaç periyottan sonraki salınım bozulması, dönme brown hareketinden kaynaklanmaktadır. Kırmızı çizgi, dönme hareketi hakkında ayrıntılı bilgi elde edilebilecek teorik otomatik korelasyon fonksiyonuna uygundur.

Burada, sıkışmış bir nano çubuktan gelen ham dağınık yoğunluk koyu mavi renktedir. Bir çentik filtresinin varlığı ile bozulur. Nano çubuğun saçılma spektrumunu izole etmek için, ham verileri arka plan spektrumu ile kırmızı renkte ve beyaz ışık uyarma spektrumu ile turuncu renkte kalibre edin.

Bu, düzeltilmiş saçılma spektrumudur. Spektrum, beklendiği gibi iki farklı lokalize yüzeyli plazmon rezonansı gösterir. Bu çizimde, mavi noktalar, bozulmuş spektrum bölgesi göz ardı edilerek hapsolmuş bir nano çubuktan gelen saçılma spektrumudur.

Kırmızı eğri, bi-Lorentzian model fonksiyonunun uyumudur. Uygun bileşenler açık mavi ve turuncu renktedir. Kurulum oluşturulduktan ve tekniğe hakim olduktan sonra, düzgün bir şekilde gerçekleştirilirse optik yakalama ve döndürme deneyi birkaç saat içinde yapılabilir.

Bu prosedürü denerken, lazerin mavi dalga boyu tarafında rezonansa hakim olan uygun nano çubukların kullanılmasını hatırlamak önemlidir, ayrıca net bir şekilde ayrılmış rezonans zirvelerine sahip olmalı, ancak fiziksel olarak stabil bir şekilde yakalanacak kadar büyük olmalıdır. Nano çubuk döndürme deneyleri için optik cımbızlar, sadece küçük değişikliklerle bir dizi farklı lazer dalga boyu, mikroskop objektifi ve mikroskop kullanılarak yapılabilir. Ayrıca, tamamlayıcı veri toplama için translasyonel brown ölçümleri için enstrümantasyon kolayca eklenebilir.

Bu nano parçacık döndürme platformunun, nano çubukların ve moleküler kaplamaların morfolojik değişikliklerini izlemek ve foto-termal ve termodinamik süreçlerin bir dönüştürücüsü ve probu olarak viskozite ve yerel sıcaklığın osiloskop göstergesi olarak yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Bu videoyu izledikten sonra, metalik nano çubuklar üzerinde optik cımbız deneylerinin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız. Dairesel polarize ışık kullanarak bunların nasıl döndürüleceği ve foton korelasyon spektroskopisi ve karanlık alan spektroskopisi yoluyla bilgilerin nasıl çıkarılacağı.

Lazerlerle çalışmanın gözler için son derece tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken lazer koruyucu gözlük ve uygun lazer filtreleri ve kullanım prosedürleri gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.