الخصائص البلازمونية الحرارية لتراكيب نانوية هجينة
Thermo-Plasmonic Properties of Hybrid Nanostructures
- الباحث
- ندى عباس محمد
- المشرف
- وجيهة عبدالدايم زويع - أحمد كاظم خضيري
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- كلية العلوم للبنات / فيزياء الليزر
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Thermo-Plasmonic ; Hybrid Nanostructures ; Laser ; Nanoparticles
الملخص
ركزت الدراسة التجريبية الحالية على توليف وتقييم الخصائص البلازمونية الحرارية للجسيمات النانوية القلب/الغلاف (Core/Shell NPs) والجسيمات النانوية القلب/متعدد الغلاف (Core/Multi-Shell NPs) المحضرة بطريقة الاستئصال بالليزر النبضي في السوائل ( ليزر النانوثانية يعمل بالطول الموجي 1064 نانومتر) ، لإدخال نوع جديد من الهياكل النانوية الهجينة القابلة للاستخدام في تطبيقات الطب الحيوي وتطبيقات الضوئيات البصرية. بالنسبة للهياكل النانوية الهجينة ، تم استخدام الذهب (Au) والفضة (Ag) كشريك للسيليكون (Si) في الجزء البلازموني الحراريء تتكون الهياكل النانوية الهجينة متعددة الأصداف من شطيرة (ذهبيه - فضيه) و(فضيه - ذهبيه) مع غلاف من السيليكون في ما بينهما. تم قياس الامتصاص البصري للعينات باستخدام مقياس (UV-Vis spectrophotometer) ، وتم رصد شدة وموضع البلازمون السطحي اعتمادًا على الخصائص العزلية للعينات. بالإضافة إلى ذلك ، تم دراسة الخصائص البلازمونيه الحرارية من خلال مراقبة زيادة درجة الحرارة الموضعيه للعينات بشكل تجريبي بأستخدام كاميرا حراريه عند اضاءة العينات بأشعة الليزر old الأطوال الموجية المختلفة )532 ، 405 نانومتر). وكذلك تم اختبار الجسيمات النانوية القلب/متعدد الغلاف لتثبيط نشاط بكتيريا الاشريكية القالونية (E-coli) تحت إشعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك ، تم محاكاة الخواص البصرية والتأثيرات الحرارية البلازمية وتوزيع الشحنة الكهربائية الموضعية السطحية للعينات باستخدام برنامج محاكاه نظريًا كومسل متعدد الفيزياء COMSOL- Multiphysics) ) بأحجام قلب وسمك غلاف مختلف بواسطة طريقة العناصر المحدودة تحت إشعاع الليزر باطوال موجية مختلفة (532 ٠، 405 نانومتر). j كشفت النتائج عن خصائص بصرية بلازمونية حرارية قابلة للضبط و التعديل بشكل واضح من خلال التحكم في بنية الجسيمات النانوية القلب/الغلاف. بالإضافة إلى ذلك ¢ تُظهر النتائج أنه يمكن الحصول على سيطرة وضبط شديد في رنين البلازمون السطحيء وكذلك الحصول على تأثيرات بلازمونيه حراريه محسنه بشكل كبير من حيث ارتفاع درجة الحرارة بالاعتماد على تأثير الليزر. تظهر النتائج أن الجسيمات النانوية القلب/متعدد الغلاف تنتج حرارة أكثر من الجسيمات القلب/الغلاف، وكذلك حرارة أكثر من الجسيمات النانوية الفردية. تم الحصول على ارتفاع درجة الحرارة 8.200 لعينة Ag@Si@Au NPs و 7.4C° لعينة Au@Si@Ag NPs تحت اشعاع الليزر المستمر باطوال موجية )405 ، 532 نانومتر) على التوالي. كذلك أثبتت التجارب أن النظام النانوي المقترح Gis كفاءة قتل عالية ضد بكتيريا الاشريكية القالونية تحت إضاءة الليزر المستمر )4056532 نانومتر) ، وكان phi مناطق التثبيط 8-6 ملم لعينات الجسيمات النانوية القلب/متعدد الغغلاف. اثبتت نتائج المحاكاة النظرية وجود تطابق جيد مع النتائج التجريبية مما يساعد على فهم الظواهر الفيزيائية بشكل اوضح, ويمكن تحسين النتائج اعتمادًا على الحجم والشكل وتركيب الجسيمات النانوية وكذلك الوسائط المغمورة Les يمكن ان نستنتج، ان برنامج المحاكاة يمكنه التنبؤ بالنتائج التجريبية بدقة عالية. اظهرت النتائج إمكانية استخدام الجسيمات النانوية القلب/متعدد الغلاف كمصادر حرارة فعالة في العديد من التطبيقاتء؛ لا سيما في تطهير وتعقيم المعدات الطبية.
Abstract
The present experimental study focused to synthesize and evaluate the thermo-plasmonic properties based on the core/shell nanoparticles and the core/multi-shell nanoparticles prepared by laser ablation in liquids with nanosecond laser pulses at 1064 nm, to introduce a new type of hybrid nanostructures usable in biomedicine and optical photonics applications. For these hybrid nanostructures, Gold (Au) and Silver (Ag) as a partner of Silicon (Si) were used in thermo-plasmonic part, the hybrid multi-shell nanostructures consist of gold-silver and silver-gold sandwich with silicon shell in between. The optical absorption was measured using a UV–Vis spectrophotometer for the samples, and the intensity and position of the plasmon were monitored depending on the dielectric properties of the samples. In addition, the thermo-plasmonic properties are studied by monitoring the local temperature increase of the samples experimentally by infrared camera, when the samples are illuminated by lasers of different wavelengths (532, 405 nm). As well as the core/multi-shell NPs were tested to inhibit the activity of the E-coli bacteria under laser radiation. In addition, the optical properties, the thermo-plasmonic effect, and the surface electric-field distribution of the samples are investigated theoretically with different core size and different shell thickness by the b finite element method of the COMSOL multi-physics program under laser irradiation with different wavelengths (532, 405 nm). The results revealed to a clear tunable and adjustable optical and thermo- plasmonic properties by controlling the structure of the core/shell NPs. In addition, the results show that not only an extreme tunability in the surface plasmon resonances can be obtained, but also considerably enhanced photo-thermal effects in terms of temperature rise, that depends on the laser effect. The results show that the core/multi-shell samples produce more heat than the core/shell NPs samples, and also more heat than the individual samples. The temperature elevation was 8.2Co for the Ag@Si@Au NPs and 7.4Co for the Au@Si@Ag NPs under C.W laser illumination (405, 532 nm), respectively. In addition, the experiments proved that the proposed nano-system achieved a high killing efficiency against the E-coli bacteria under a CW laser illumination (405,532nm), the diameter of the inhibition zones was 8 and 6 mm for the Au@Si@Ag NPs and the Ag@Si@Au NPs samples, respectively. The simulation results indicated a considerable relationship between the present computational and experimental results, the results can be enhanced depending on the size, shape, structure, and surrounding media. Moreover, the COMSOL multi-physics program can predict the experimental results exactly. Accordingly, the results show the possibility of using the core/multi-shell nanoparticles as efficient heat sources in many applications, especially in the disinfection and sterilization of medical equipment.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.