2-4- كاربرد نانوذرات…………………………………………………………………………….. 10

2-4-1- نانو ذرات غیرفلزی……………………………………………………………………… 10

2-4-2- نانوذرات فلزی………………………………………………………………………….. 10

2-4-2-1- نانو طلا و كاربردهای آن…………………………………………………………… 10

2-4-2-2- نانو نقره و كاربردهای آن…………………………………………………………… 11

2-5- فرمول بندی کلاسیکی……………………………………………………………………… 11

2-6- تابع دی الكتریك گاز الكترون های آزاد…………………………………………………. 17

2-7- انتشار گاز الكترون آزاد و پلاسمون حجمی…………………………………………… 22

2-8- فلزات و گذارهای میان باندی……………………………………………………………. 24

2-9- پلاریتون های پلاسمون سطحی در فصل مشترك فلز و عایق……………………… 25

2-10- معادله ی موج……………………………………………………………………………….. 26

2-11- پلاریتون های پلاسمون سطحی در یك سطح مشترك منفرد:…………………….. 29

2-12- پراكندگی به وسیله دوقطبی های القا شده ی پراكنده گرهای كوچك……………… 33

2-13- پراكندگی از طریق یك كره ی دی الكتریك كوچك………………………………… 34

2-14- پراكندگی از طریق كره ی كاملاً رسانای كوچك…………………………………….. 36

2-15- تئوری پراكندگی مای…………………………………………………………………….. 38

2-16- پیشینه تحقیق……………………………………………………………………………….. 38

فصل سوم روش تحقیق

3-1- روش تحقیق…………………………………………………………………………………. 43

3-2- ابزار جمع آوری اطلاعات………………………………………………………………… 48

فصل چهارم تجزیه و تحلیل یافته های تحقیق

4-1 تغییرات سطح مقطع پراکندگی بر حسب طول موج در شعاع های مختلف……… 51

4-2 تغییرات بیشینه مقطع پراکندگی در اندازه های مختلف ذره نقره……………………. 60

4-3 تغییرات بیشینه سطح مقطع پراکندگی بر حسب دما در شعاع­های مختلف………. 62

فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………….. 66

5-2- پیشنهادات……………………………………………………………………………………. 67

منابع……………………………………………………………………………………………………. 68

1 بیان مسئله و هدف های تحقیق

نانو تكنولوژی، دست یابی به فناوری كاربرد ذراتی با ابعاد نانومتر است كه به نانوذرات موسومند. دلیل انتخاب این مقیاس برای كار بر روی مواد، خواص خارق العاده ای است كه در ذراتی با این اندازه ظاهر می شوند و امروزه به شدت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند. نگاه به فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیكی از دید نانومتری، یعنی در ابعاد اتمی اطلاعاتی به دست می دهد كه راحت تر می توان مسیر تشکیل آن را مشخص و خواسته ها و نظرات شخصی را در آن اعمال نمود]1[. آن چه كه امروز تحت عنوان نانوتكنولوژی مطرح است آشنا شدن و كنترل كردن بسیاری از پدیده ها در ابعاد اتمی و آنگسترومی است. پیشرفت های اخیر در ساخت تیوپ كربن، موتورهای بیومولكولی، حسگرهای با ابعاد باكتری، فیلترهای میكرونی و دیگر موارد، موجبات تغییر و تحول در علوم مختلف از جمله كامپیوتر، فیزیك، الكترونیك، هوا فضا، شیمی و محیط زیست و دیگر علوم را فراهم کرده است]2[. از این میان، نانوذرات فلزی طلا و نقره به دلیل خواص منحصر به فردشان مورد توجه هستند. یكی از جالب ترین جنبه های نانوذرات فلزی این است كه خواص نوری آن ها به شدت به اندازه و شكل ذره وابسته است. نور منعكس شده از طلای توده ای زردرنگ است، اما فیلم های نازك طلا، نور آبی از خود عبور می دهند. با كاهش اندازه این فیلم تا حدود 3nm، این رنگ تدریجاً به ارغوانی، قرمز و سرانجام نارنجی تبدیل می شود. این اثرات، نتیجه ی تغییراتی موسوم به تشدید پلاسمون سطحی – فركانسی كه در آن الكترون های نوار رسانش در پاسخ به میدان الكتریكی متناوب یك پرتو الكترومغناطیس برخوردی نوسان می كنند- است. با این حال تنها فلزات دارای الكترون های آزاد (الزاماً طلا، نقره، مس و فلزات قلیایی) در طیف مرئی دارای تشدید پلاسمون هستند و به همین علت چنین تغییر رنگ شدیدی را از خود نشان می دهند]3[ و]4[.

1-2- اهمیت موضوع تحقیق و انگیزش انتخاب آن

امواج پلاسمون سطحی كه در فصل های بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت، یكی از مباحث نو و جدید در حیطه نانواپتیك هستند. از سال 1990 تعداد سالانه مقالات در مورد پلاسمون های سطحی هر 5 سال، دو برابر شده است]5[، این رشد سریع با پیشرفت و تجاری كردن کدهای محاسباتی نیرومند، تكنیك های ساخت نانو و تكنیك های تحلیل فیزیكی، امكان بیش تری به مهندسین و محققین با ارائه ابزار لازم برای طراحی ساخت و تحلیل خواص اپتیكی نانو ساختارهای فلزی، فراهم می كند]5[.

این گرایش جدید استفاده های قابل توجهی در بحث حس گرها، آنتن ها، گیرنده ها و ادوات نوری در مقیاس نانو دارد]6[. بررسی اثرات تغییر دما بر سطح مقطع پراکندگی ذرات نانو، می تواند در جهت توسعه مفاهیم نظری، جهت کاربردهای آتی موثر باشد. تا جایی که به اطلاعات ما بر می گردد این بررسی برای اولین بار انجام می شود. موضوع پراكندگی نور از ذرات نانو فلزی تحت اثرات دمایی، گسترش موضوع و فرمول بندی نظری و تلاش در جهت شناخت این پدیده از انگیزه های انتخاب این موضوع می باشد.

1-3 سؤالات و فرضیه های تحقیق

a1–3 سؤالات تحقیق:

• چرا از ذرات فلزی در مقیاس نانو در این تحقیق استفاده می شود؟

• چرا نانو ذرات نقره در این روش كاربرد بیش تری دارند؟

• تغییرات دما چه تأثیری می تواند در سطح مقطع پراكندگی این ذرات ایجاد كند؟

• آیا تغییرات مشاهده شده، قابل توجه هستند؟

• آیا اندازه نانو ذرات فلزی در میزان پراكندگی تأثیر دارد؟

• پدیده پلاسمون و پلاسمون سطحی چیست و تحت چه شرایطی رخ می دهد؟

b1–3 فرضیه های تحقیق:

فرضیه های این پژوهش شامل موارد زیر است:

• قطر ذرات به اندازه ای است که مدل های کلاسیکی می توانند پدیده پراکندگی نور را بخوبی توصیف کنند.

• معادلات موج ماکسول بدرستی می توانند جهت بررسی سطح مقطع پراکندگی نانو ذرات فلزی مورد استفاده قرار گیرند.

• روش عناصر محدود روشی مناسب جهت بررسی این پدیده بصورت عددی است.

1–4- تعاریف عملیاتی متغیرها و واژه های كلیدی

نانوذرات فلزی: طبق تعریف عمومی نانوذرات، ذراتی با ابعاد 1 تا 100 نانومتر هستند.

پلاسمون: در فیزیك، به نوسانات پلاسمایی تشكیل شده در سطح فلز، پلاسمون گویند. یا، عملكرد الكترون های آزاد بر روی سطح فلزات، پدیده ای است كه پلاسمون نامیده می شود]6[.

امواج پلاسمون سطحی: فصل مشترك میان ماده ای با ثابت دی الكتریك مثبت و ماده ای با ثابت دی الكتریك منفی مثل فلزات می تواند باعث انتشار امواج الكترومغناطیسی ویژه ای شود كه امواج پلاسمون سطحی خوانده می شوند و در محدوده ی نزدیك سطح باقی می مانند]6[.

1-5- مدل تحقیق

بر اساس حل معادله موج ماکسول در یک منطقه که شامل ذره فلزی در زمینه خلاء است، می باشد.

1-6- روش تحقیق

روش تحقیق به صورت نظری و با استفاده از روش عددی، عناصر محدود و با استفاده از نرم افزار Comsol Multi Physics صورت گرفته است.

1-7- قلمرو تحقیق

تحقیق با توجه به آخرین یافته ها در ادبیات مربوطه، از طریق مطالعات كتابخانه ای، بررسی پایان نامه های مرتبط و مقالات ژورنال های تخصصی در این زمینه ها و جستجو در اینترنت صورت می گیرد.

فصل دوم