Các bề mặt có độ nhám khác nhau. Độ nhám dẫn tới một vài hiện tượng ảnh hưởng đến SHG. Thông thường, hình ảnh SH là phức tạp do sự tác động lẫn nhau giữa các quá trình SHG liên quan đến sự không đồng đều bề mặt và các hiệu ứng liên quan đến SPP. Vắ dụ, trong trường hợp bề mặt nhám (hình 3.7) với số khuyết tật có kắch cỡ khác nhau. Các khuyết tật lớn hơn có khác nhau nhưng hình ảnh SH có độ sáng đồng đều nhau.
Thực tế, SHG ở một bề mặt ráp và sự kắch thắch PPS liên hệ rất chặt chẽ vì các khuyết tật có thể đóng vai trò như một nguồn sóng bề mặt. Các hiệu ứng định xứ trong sự tạo thành tắn hiệu SH từ các bề mặt kim loại ráp được nghiên cứu bởi McGurn, Leskova, và Agranovich [9].
CHƯƠNG III
THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU VÀ HỆ ĐO TÍN HIỆU HOÀ BA BẬC HAI
3.1. Qui trình chế tạo hạt nano kim loại
3.1.1. Qui trình chế tạo hạt nano vàng trong dung dịch ethanol
Với yêu cầu của mẫu đo và các thiết bị trong phòng thắ nghiệm ở bộ môn quang lượng tử, chúng tôi tiến hành chế tạo hạt nano vàng, theo qui trình sau:
Từ mô hình 3.1, chúng tôi thiết kế sơ đồ quang học của quá trình chế tạo mẫu hạt nano vàng như hình 3.2.
Vàng với tỉ lệ tinh khiết 99,99% được rửa sạch bằng cồn, rửa qua nước cất và rung siêu âm bằng máy rung siêu âm trong thời gian 15 phút.
Hình 3.1: Mô hình quy trình thắ nghiệm chế tạo hạt nano kim loại.
Chất hoạt hóa bề mặt
Nước cất
Dung dịch hoạt hóa bề mặt (V=10ml)
Miếng kim loại (d=1cm, h=1mm)
Hệ ăn mòn laser
Dung dịch chứa hạt nano kim loại
Khối kim loại
Tán mỏng
Xung laser Nd:YAG (λ=1064;532nm, f=10Hz, công suất 400 mW, τ=8 ns) chế độ
Q - switching
Quay
Dung dịch ethanol tinh khiết được chuẩn bị để làm dung dịch nền chứa các hạt nano vàng tạo ra bằng phương pháp ăn mòn laser. Chúng tôi sử dụng laser Nd:YAG hoạt động ở chế độ xung, phát bức xạ bước sóng đơn sắc 1064nm.
Sau khi bố trắ thắ nghiệm như trên hình 3.2, chúng tôi thực hiện ăn mòn laser đế vàng trong dung dịch ethanol với cùng một giá trị công suất, thay đổi thời gian ăn mòn để tạo ra hai mẫu với mật độ hạt nano là khác nhau.
Mẫu hạt nano Au trong dung dịch ethanol được chế tạo bằng cách sử dụng laser với công suất là 400mW, thể tắch dung môi ethanol là 15ml, thời gian ăn mòn là 15 phút. Sau khoảng thời gian nói trên, thu được một hỗn hợp hạt nano vàng Ờ ethanol, dung dịch có màu tắm nhạt quan sát được bằng mắt thường. Sau đó chúng tôi tiến hành đưa dung dịch trên đi cô đặc lại bằng cách đặt trên máy khuấy từ, sử dụng nhiệt độ từ 700C đến 800C, trong khoảng thời gian 30 đến 45 phút. Mẫu sau khi cô đặc. chúng tôi trắch lấy khoảng 3ml đưa vào cuvet thứ nhất.
3.1.2. Qui trình chế tạo hạt nano lưỡng kim vàng-bạc trong dung dịch Polyvinyl pyrrolidone
Để chế tạo hạt nano lưỡng kim Au-Ag có thể sử dụng laser trực tiếp ăn mòn hợp kim Au-Ag. Trong trường hợp đó cần có các tấm hợp kim Au-Ag tinh khiết với các tỷ lệ thành phần Au và Ag khác nhau khá tốn kém. Chúng tôi đã lựa chọn phương pháp chế tạo độc lập các đơn hạt nano Au và Ag bằng ăn mòn
Nd:YAG laser
Thấu kắnh
Hệ xoay Lăng kắnh
Khối kim loại Dung dịch
laser, sau đó nghiên cứu dùng kỹ thuật chiếu sáng laser hỗn hợp keo hạt nano Au và Ag để tạo ra hạt nano lưỡng kim Au-Ag. Với kĩ thuật này có thể chế tạo hạt nano lưỡng kim Au-Ag trong các chất lỏng tinh khiết hoặc dung dịch khác nhau. Trong báo cáo này chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo hạt nano lưỡng kim Au-Ag trong dung dịch Polyvinyl pyrrolidone (C6H9NO)n (PVP). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các kim loại Au, Ag tinh khiết 99,9%, được gia công thành những tấm phẳng, mỏng và lần lượt đặt vào trong một ống nghiệm chứa 10 ml dung dịch PVP trong nước cất nồng độ 0.015 M. Chùm laser được hội tụ vào bề mặt mẫu kim loại nhờ một thấu kắnh hội tụ có tiêu cự 100mm.
Sử dụng bước sóng cơ bản 1064 nm của laser YAG:Nd (Quanta Ray Pro 230-USA) đặt ở chế độ Q-switching cho xung laser 8ns, tần số lặp lại 10Hz, công suất 450mW, thời gian chiếu sáng 15 phút chúng tôi chế tạo các hạt nano Au và Ag bằng phương pháp ăn mòn laser như phần 3.1.1.
Sau khi chế tạo, các mẫu keo hạt nano vàng, bạc được trộn lẫn theo tỉ lệ thể tắch 1:1 và chiếu xạ bởi bước sóng 532nm và 355nm của laser YAG:Nd với thời gian chiếu sáng khác nhau thay đổi từ 0 đến 45 phút, công suất laser trung bình giữ không đổi là 200 mW. Dưới tác dụng của xung laser, các hạt nano Au, Ag trong dung dịch hỗn hợp sẽ hấp thụ năng lượng photon và nóng lên tới điểm nóng chảy của nó trong một vài picogiây. Khi năng lượng của xung laser đủ lớn, các hạt nano Au, Ag này phân mảnh thành các hạt nano nhỏ hơn bằng cách giải phóng các đám nguyên tử. Các hạt nano bị nóng chảy, phân mảnh dẫn tới khuếch tán các nguyên tử. Bởi tương tác giữa các nguyên tử kim loại là lớn hơn nhiều tương tác giữa kim loại và dung môi nên các nguyên tử nano kim loại nóng chảy sẽ kết tụ để tạo nên các hạt nano lưỡng kim [10]. Đặc biệt khi dùng bước sóng gần vùng hấp thụ cộng hưởng của Au hoặc Ag sẽ làm tăng khả năng làm nóng chảy hạt kim loại tương ứng, từ đó ảnh hưởng đến tỷ lệ hợp chất tạo thành. Ở đây chúng tôi nghiên cứu sử dụng hai bước sóng 532nm (gần với đỉnh hấp thụ cộng hưởng ∼520nm của hạt nano Au) và bước sóng 355nm (gần với đỉnh hấp thụ cộng hưởng ∼ 400nm của hạt nano Ag) chiếu sáng với thời gian khác nhau để tạo hạt nano lưỡng kim.
Kỹ thuật chế tạo hạt nano lưỡng kim bằng cảm ứng laser đòi hỏi cần chiếu sáng đều lên toàn bộ hỗn hợp keo hạt nano đơn kim. Do đó ngoài yêu cầu về thông lượng, chùm tia laser cần có độ rộng phù hợp với kắch thước cuvet chứa chứa hỗn hợp keo hạt nano đơn kim. Trong quá trình chế tạo này, chúng tôi đã lựa chọn giải pháp sử dụng kắch thước chùm laser song song đường kắnh 8mm kết hợp với quay cuvet chứa hỗn hợp keo hạt nano vàng và bạc. Hệ thiết bị chế tạo hạt nano lưỡng kim có sơ đồ bố trắ như hình 3.2.