CC BY
106
3. Bulanov Y.I., Shustov Y.S., Kurdenkova A.V. Study of the mechanical properties of ballistic fabrics taking into account the number of layers // Fibre Chemistry, 2015. Т. 46. № 5. С. 309-311.
4. Буланов Я.И., Курденкова А.В., Шустов Ю.С. Исследование влияния поверхностной обработки баллистических тканей на усилие прокола // Дизайн и технологии. № 58, 2017. С. 70-75.
5. Шустов Ю.С. и др. Текстильное материаловедение. Лабораторный практикум. М.: ИНФРА-М, 2016. 430 с.
6. Никитина О.В. Разработка метода прогнозирования механических свойств параарамидных нитей после воздействия светопогоды: дис. канд. техн. наук: 05.19.01 / Никитина Ольга Владимировна. Моск. гос. текст. ун-т им. А.Н. Косыгина. Москва, 2012. 200 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
CdSe/CdS
1 2 3
Коломийцева Ю.А. , Коломийцев Ю.С. , Скуйбин Б.Г. , Амброзевич С.А.4 Email: [email protected]
1Коломийцева Юлия Александровна - магистрант, кафедра медико-технического менеджмента, факультет биомедицинской техники; 2Коломийцев Юрий Сергеевич - специалист, кафедра систем автоматического управления, факультет ракето-космической техники; 3Скуйбин Борис Георгиевич - кандидат физико-математических наук, доцент; 4Амброзевич Сергей Александрович - кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики, факультет фундаментальных наук, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
г. Москва
Аннотация: целью данной работы является изучение люминесценции, способов и областей ее применения, рассмотрение свойств и особенностей люминесцирующих квантовых точек, проведение эксперимента с одним из видов квантовых точек -CdSe/CdS. В ходе данной работы будет определена актуальность и новизна работы, рассмотрены области применения квантовых точек, в частности медицина и техника, собрана и подробно описана экспериментальная установка и ход эксперимента по люминесценции квантовых точек, проведен анализ и обобщение научной литературы для дальнейшей работы над этой темой.
Ключевые слова: люминесценция, квантовые точки, CdSe/CdS, излучение, спектр, нанокристаллы.
THE STUDY OF LUMINESCENCE OF QUANTUM DOTS CdSe/CdS
1 2 3
Kolomiytseva Ju.A. , Kolomiytsev Yu.S. , Skybin B.G. , Ambrozevitch S.A.4
1Kolomiytseva Julia Alexandrovna - Undergraduate, DEPARTMENT MEDICAL AND TECHNICAL MANAGEMENT, FACULTY BIOMEDICAL
ENGINEERING;
2Kolomiytsev Yury Sergeevitch - Specialist, DEPARTMENT AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS, FACULTY ROCKET SPACE TECHNOLOGY;
3Skybin Boris Georgievich - PhD in physics and mathematics, Associate Professor;
4Ambrozevitch Sergey Alexandrovitch - PhD in physics and mathematics, Associate Professor, DEPARTMENT PHYSICS, FACULTY FUNDAMENTAL SCIENCES, BAUMAN MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: the aim of this work is to study luminescence, methods and areas of its application, to consider the properties and features of luminescent quantum dots, to conduct an experiment with one of the types of quantum dots - CdSe/CdS. In the course of this work, the relevance and novelty of the work will be determined, the fields of application of quantum dots, in particular medicine and technology, collected and described in detail the experimental setup and the course of the experiment on the luminescence of quantum dots, the analysis and synthesis of scientific literature for further work on this topic. Keywords: luminescence, quantum dots, CdSe/CdS, the radiation, the spectrum, the nanocrystals.
УДК535.371, 537.9
Введение
Квантовые точки - полупроводниковые кристаллы, размер которых около 2-10нм. Из-за малых размеров КТ электроны внутри оказываются в потенциальной яме, поэтому начинают проявлять дискретные свойства, характерные для атомов. За эту особенность нанокристаллы и получили свое название. КТ изготавливаются из неорганических полупроводниковых материалов, таких как: Si, InP, CdSe и т.д.
Началом нанотехнологической эры можно считать создание первых технологий позволяющих получить относительно гомогенные наночастицы, размер которых достаточно мал (порядка 10-9м). Непосредственно КТ были созданы в начале 80-х [1]. Русскому физику Алексею Евкимову удалось синтезировать КТ на стеклянной подложке. После этого американский профессор химии Луие Е. Брус смог получить КТ в коллоидных растворах. Сам термин КТ был введен в 1928 году Марком Ридом, претерпев изменения с «нанокапель» и «Q-точек» до современного термина.
Первые квантовые точки, созданные в стеклянной матрице, были сложны для работы, а применение их в некоторых областях вовсе было невозможно.
Решение было найдено С. Бавенди и М.Г. Мюрреем в 1993 году и описано в их совместной работе по синтезу высококачественных гомогенных квантовых точек из селенида кадмия [1]. Их метод позволял представить КТ в органических растворителях в виде дисперсии наночастиц, поверхность которых была сделана полярной. Однако данный метод не позволял синтезировать КТ с высоким уровнем флуоресценции, квантовый выход таких КТ составлял всего 10%.
Защита полупроводникового ядра КТ при помощи нескольких слоев сульфида позволила решить проблему низкого квантового выхода. Сейчас такую оболочку называют «шубой». Благодаря такому подходу квантовый выход возрос до величин сопоставимых с органическими флуорофорами: усовершенствовав процесс покрытия ядер КТ, ученые смогли получить квантовый выход больше 70% при комнатной температуре. Сульфид является своего радо стабилизатором, локализирующий носители заряда внутри КТ и препятствующий росту крупных частиц на базе нее.
К настоящему времени известно достаточно много методов получения КТ, но основными являются метод молекулярно-лучевой эпитаксии [2], при которой КТ выращивается на подложке и синтез КТ в коллоидном растворе [3].
Управляя процессами синтеза, можно получить КТ определенных размеров. От размеров КТ зависит ширина запрещенной зоны, которую необходимо преодолеть электрону для перехода в зону проводимости. Соотношение между размером КТ d и шириной запрещенной зоны Езз выражается формулой (1).
Езз = —— ( 1 ) ;
2 m*d к J
При облучении КТ, например, лазером, энергия излучения поглощается нонакристаллом, и электрон, преодолевая ширину запрещенной зоны, переходит в зону проводимости [8]. Это состояние нестабильно и вскоре электрон возвращается в валентную зону, этот процесс сопровождается испусканием фотона с энергией Езз. Из формулы (1) видно, что от размеров КТ зависит длина волны люминесценции.
Именно это свойство КТ является главной практически важной особенностью. Оно обуславливает возможность применения квантовых точек там, где необходимо варьировать люминесцентные свойства материала [7].
Цель работы
Зависимость люминесценции КТ от их размера дает большие перспективы для их применения. Однако необходимо оценить особенности спектра люминесценции для правильного применения. Цель нашей работы изучение люминесцентных свойств КТ и создание установки для проведения лабораторных работ.
Актуальность
Как уже упоминалось, КТ могут применяться в областях, где необходимо варьировать люминесцентные свойства материала. В 2011 году был представлена первая разработка дисплея на основе КТ, технология получила название рЬББ [7]. Заявлено, что QLED-дисплеи имеют более глубокий и яркий цвет по сравнению с аналогами и меньшее энергопотребление.
Возможность существования в виде золей делает квантовые точки привлекательными с технологической точки зрения, позволяет встраивать их в различные матрицы. Кроме того КТ, как люминесцент обладают рядом преимуществ перед органическими флуорофорами: они фотостабильны, их эмиссионный спектр достаточно узкий, а полоса поглощения широкая [1].
Методика эксперимента
В эксперименте мы исследовали люминесценцию КТ CdSe/CdS [5]. Для ее получения использовался зеленый лазер на длине волны 532 нм. Установка состояла из двух собирающих линз, лазера, подставки для пробирки с КТ и светодиода, подключенного к PXI [7]. Для получения достаточного количества раствора с нужной нам оптической плотностью мы разбавили квантовые точки толуолом в пропорции 1:3.
Рис. 1. Установка для исследования люминесценции квантовых точек
На рисунке два видно, как зеленый луч лазера, фокусируется линзой (поз. 3) на кюветке с КТ (поз. 2). Излучение, испускаемое КТ, собирается линзой (поз. 1) и подается на светодиод. Светодиод подключен к системе PXI, с помощью которой мы обрабатывали полученные данные и получали спектр излучения и его интенсивность (рис. 3).
Рис. 2. Описание установки 1, 3 - линза, 2 - кюветка с КТ (С(1Бе/ С<38), 4 - лазер, 5 - подставка
Расстояние между лазером (поз. 4) и подставкой (поз. 5) 12 см, расстояние между линзой (поз. 3) и лазером (поз. 4) 16 см, расстояние между кюветкой с КТ (поз. 2) и линзой (поз. 1) 3.5 см, расстояние между кюветкой с КТ (поз. 2) и линзой (поз. 3) 8см.
Результаты эксперимента
На рисунке 3 представлен зарегистрированный спектр люминесценции КТ CdSe/CdS [4]. Максимум интенсивности основной полосы в спектре люминесценции при комнатной температуре расположен на длине волны 680,1 нм, минимуму соответствует 590 нм.
Рис. 3. Спектр люминесценции квантовых точек
Выводы
Анализ полученных спектров показывает, что КТ, использовавшиеся в нашем эксперименте, имеют довольно узкий спектр люминесценции с высоким пиком. Это позволяет, например, создать в видимом диапазоне существенно большее количество спектрально разрешенных меток.
В медицине квантовые точки могут применяться для "подсветки" больных тканей,
что актуально в онкологии.
Так же подобные КТ могут служить активной средой для лазеров. Это позволяет
создавать лазеры, работающие на длинах волн, недоступных ранее [6].
Список литературы /References
1. Андронов А.А., Ноздрин Ю.Н., Окомельков А.В., Васильев А.П., Жуков А.Е., Устинов В.М. «Стимулированное излучение квантовых точек при оптической накачке», Квант. электроника, 2010. 40 (7). 579-582.
2. Буравлёв А.Д., Неведомский В.Н., Убыйвовк Е.В., Сапега В.Ф., Хребтов А.И., Самсоненко Ю.Б., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Квантовые точки (In,Mn)As: синтез методом молекулярно-пучковой эпитаксии и оптические свойства. Физика и техника полупроводников, 2013. Том 47. Вып. 8
3. Васильев Р.Б., Дирин Д.Н. «Квантовые точки: синтез, свойства, применение». Методические материалы ФНМ. М., 2007. С. 34.
4. Гофтман В.В., Сперанская Е.С., Горячева И.Ю. Квантовые точки на основе CdSe: синтез, модификация поверхности, перспективы применения. [Электронный ресурс]. Режим доступа: chem.msu.ru/ (дата обращения: 20.06.218). С. 75-83.
5. Грузинцев А.Н., Емельченко Г.А., Масалов В.М., Якимов Е.Е., Бартхоу К. (C. Barthou) , Мэтр А. (A. Maitre). Люминесценция квантовых точек CdSe/ZnS, инфильтрованных в опаловую матрицу. Физика и техника полупроводников, 2009. Том 43. Вып. 8.
6. Николенко Л.М., Разумов В.Ф. Коллоидные квантовые точки в солнечных элементах. Успехи химии. 82 (5). 429-448, 2013).Смирнов Е.В. Квантовые объекты нанотехнологий: свойства, применения, перспективы. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013. Вып. 6.
ПОЛЬЗА ВНЕДРЕНИЯ КОНТРОЛЬНО-БАЗОВЫХ ВОПРОСОВ (КБВ) В ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКУЮ РАБОТУ Устинов Б.А. , Нечаев А.В.2 Email: [email protected]
1Устинов Борис Александрович - кандидат технических наук, кафедра общенаучных и общетехнических дисциплин; 2Нечаев Андрей Викторович - курсант, командно-инженерный (автомобильно-дорожный) факультет, Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулёва,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассказывается для чего нужно внедрять КБВ в преподавательскую работу, их положительные моменты, как правильно составлять список вопросов. КБВ помогают выработать у курсантов чувство ответственности к данной дисциплине, получить необходимые достаточные знания для дальнейшего образования по программе учебного заведения. КБВ помогают полностью оценить весь объем знаний и дать оценку каждому курсанту в частности, что поможет потом на зачете или экзамене поставить объективную оценку. Таким образом, данная статья отражает весь спектр положительных функций КБВ.
Ключевые слова: контрольно-базовые вопросы, преподавательская работа.
