Untitled ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG PH[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG Chuyên ngành Mã số : Quang học : 60440109 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Anh Tuấn Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn khoa học hồn thành mơn Quang lượng tử thuộc khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Anh Tuấn Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo hướng dẫn, người tận tình dẫn dạy bảo học viên suốt trình học tập thực luận văn Học viên xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường, thầy cô Khoa Vật lý, thầy cô môn Quang lượng tử, phòng Sau đại học trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN tạo điều kiện thuận lợi để học viên tham gia nghiên cứu thực luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn tới Trung tâm Khoa học Vật liệu giúp đỡ thiết bị tạo điều kiện cho học viên q trình thực thí nghiệm, đặc biệt phòng hệ đo quang phổ tần số tổng SF41 Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chị Nguyễn Thị Huệ - Nghiên cứu sinh mơn Quang lượng tử, anh Phan Đình Thắng - Học viên cao học môn Quang lượng tử, bạn bè, người thân cổ vũ tinh thần, khích lệ học viên q trình học tập nghiên cứu Mặc dù học viên cố gắng để hoàn thành luận văn, hạn chế kiến thức, kinh nghiệm, thời gian nên không tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận thơng cảm ý kiến đóng góp thầy cô, anh chị bạn để học viên hiểu sâu sắc vấn đề nghiên cứu Học viên xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, Tháng 12 năm 2016 Học viên Vũ Thị Thanh Tam i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iv CÁC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƠN LỚP LANGMUIR VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG .3 1.1 Tổng quan đơn lớp Langmuir 1.1.1 Đơn lớp Langmuir 1.1.2 Tính chất nhiệt động lực học đơn lớp Langmuir 1.1.3 Vật liệu tạo đơn lớp Langmuir 1.1.4 Ứng dụng đơn lớp Langmuir 1.2 Cơ sở quang học phi tuyến bậc hai 10 1.2.1 Hiện tượng quang học phi tuyến 10 1.2.2 Một số hiệu ứng quang học phi tuyến bậc hai 12 1.2.3 Phương trình Maxwell mơi trường phi tuyến bậc hai 17 1.2.4 Quang học phi tuyến bề mặt 20 1.2.5 Kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng SFG 21 1.2.6 Quang phổ học dao động hồng ngoại 25 1.2.7 Quang phổ học dao động Raman 28 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH TẠO MẪU VÀ HỆ ĐO TÍN HIỆU SFG Error! Bookmark not defined 2.1 Chế tạo mẫu đơn lớp Langmuir AA Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.1.2 Quy trình tạo mẫu đơn lớp Langmuir Axit ArachidicError! Bookmark not defined 2.1.3 Phép đo áp suất bề mặt xác định đường đẳng nhiệt not defined - AError! Bookmark 2.2 Hệ đo tín hiệu tần số tổng EKSPLA - SF41 Error! Bookmark not defined 2.2 Laser Nd:YAG loại PL2251A Error! Bookmark not defined 2.2.2 Bộ phát họa ba H500 Error! Bookmark not defined 2.2.3 Bộ phát tham số quang học PG501/DFG Error! Bookmark not defined 2.2.4 Giá đỡ mẫu phân tích Error! Bookmark not defined 2.2.5 Máy đơn sắc MS3504 Error! Bookmark not defined 2.2.6 Phần mềm SFG spectrometer Error! Bookmark not defined ii 2.2.7 Sơ đồ kích thích thu tín hiệu SFG Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Pha chuyển pha đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước nguyên chất Error! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát mode dao động đơn lớp AA bề mặt nước nguyên chất .Error! Bookmark not defined 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch muối Halogen lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaI, NaCl lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Error! Bookmark not defined 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaF lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Error! Bookmark not defined 3.3.3 So sánh ảnh hưởng anion halogen lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các mode dao động tương ứng với số sóng nhóm phân tử Bảng 2.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Bảng 2.2 Các bước sóng sử dụng ống nhân quang điện PMT1 PMT2 Bảng 3.1 Các mode dao động đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước ngun chất iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình đơn lớp Langmuir mặt phân cách khơng khí/nước Hình 1.2 Mơ hình lực tác dụng phân tử nằm (A) (B) bề mặt chất lỏng Hình 1.3 Đường đẳng nhiệt thể liên hệ áp suất bề mặt (Π) diện tích phân tử (A) Hình 1.4 Sơ đồ thí nghiệm phát hịa ba bậc hai Hình 1.5 Sự phụ thuộc độ phân cực môi trường vào điện trường dừng mơi trường quang học tuyến tính phi tuyến Hình 1.6 Quá trình tương tác ba photon mơi trường phi tuyến bậc hai Hình 1.7 Điều kiện tương hợp pha Hình 1.8 Các thiết bị phát thơng số OFC, OPA, OPO SPDC Hình 1.9 Ví dụ phát hồ ba bậc hai phản xạ bề mặt vật liệu quang phi tuyến bậc hai (a) vật liệu quang phi tuyến đối xứng tâm (b) Hình 1.10 Sơ đồ bố trí phép đo SFG Hình 1.11 Chuyển dời xạ tần số tổng Hình 1.12 Các mode dao động nhóm -CH2 -CH3 Hình 1.13 Phổ hồng ngoại nhóm chức, nhóm ngun tử Hình 1.14 Sự khác chế phổ Raman phổ hồng ngoại Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo mơ hình Axit Arachidic Hình 2.2 Minh họa thí nghiệm sức căng bề mặt Hình 2.3 Hệ đo SFG hãng EKSPLA Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Hình 2.4 Sơ đồ quang học laser PL2251A Hình 2.5 Bảng điều khiển từ xa laser Hình 2.6 Sơ đồ quang học phát họa ba H500 Hình 2.7 Sơ đồ quang học PG501/DFG Hình 2.8 Sơ đồ khối giá đỡ mẫu phân tích Hình 2.9 Sự tạo thành tín hiệu SFG v Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ đo tần số tổng EKSPLA - SF41 Hình 3.1 Đường đẳng nhiệt thực nghiệm π – A đơn lớp Langmuir AA/bề mặt nước Hình 3.2 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA/nước nguyên chất với thay đổi diện tích bề mặt/phân tử từ 34→17Å2/phân tử Hình 3.3 Đường đẳng nhiệt áp suất bề mặt theo diện tích/ phân tử đơn lớp axit Pentadecanoic Hình 3.4 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước nguyên chất Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.5 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.6 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.7 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.8 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.9 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.10 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.11 Mơ MD bề mặt phân cách khơng khí/dung dịch muối NaCl (bên trái) NaI (bên phải) với nồng độ 1,2 M Hình 3.12 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.13 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.14 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.15 Mơ MD bề mặt phân cách khơng khí/dung dịch muối NaF vi Hình 3.16 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.17 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.18 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.19 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.20 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.21 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 vii CÁC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT AA Arachidic Acid DFG Difference frequency Generation – Sự phát tần số hiệu IR Infrared – Hồng ngoại KD*P Deuterated Potasssium Dedeuterium Phosphate LE Liquid Expand – Lỏng –mở rộng LC Liquid Condensed – Lỏng –xếp chặt MD Molecular dynamics – Động học phân tử OPO Optical Parametric Osccillator – Dao động tham số quang OPA Optical Parametric Amplifier – Khuếch đại tham số quang OPG Optical Parametric Generation – Sự phát tham số quang SFG Sum Frequency Generation – Sự phát tần số tổng SHG Second Harmonics Generation – Sự phát họa ba bậc hai SF Sum Frequency – Tín hiệu tần số tổng TC Tilted Condensed – Pha xếp chặt nghiêng UC Untilted Condensed – Pha xếp chặt không nghiêng VSFG VIS Vibrational Sum Frequency Generation Visible – Khả kiến viii