Properti Pendaran Terselesaikan-Waktu dari Berlian-Nano Fabrikasi Laser

Hasil dan Diskusi

Morfologi, distribusi ukuran, dan struktur kisi ND yang tidak dipasifkan ditunjukkan pada Gambar. 2a. Dapat dilihat dari gambar TEM bahwa partikel ND yang disiapkan terdispersi dengan baik, dan bentuknya hampir bulat. Gambar HRTEM sisipan pada Gambar. 2a menunjukkan bahwa jarak permukaan kristal kira-kira 0,22 nm yang sesuai dengan bidang (111) berlian. Analisis ukuran didasarkan pada 100 partikel, seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gambar 2a, dan ukuran rata-rata ND adalah sekitar 3,8 nm. Spektroskopi Raman dilakukan untuk membuktikan lebih lanjut bahwa sampel menunjukkan fase berlian. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2b, dua puncak terletak pada 1329 cm ⁻¹ dan 1616 cm ⁻¹ dan diberi label puncak D dan puncak G, masing-masing. Puncak D berasal dari mode pusat zona T _2g simetri sp ³ pecahan [25]. Puncak G adalah mode pusat zona E _2g simetri sp ² fraksi [26, 27], dan ini menunjukkan bahwa ada cacat di ND. Jika dibandingkan dengan puncak intrinsik berlian pada 1330 cm ⁻¹ , puncak D turun dan melebar. Hal ini dikarenakan ukuran NDs lebih kecil dari jari-jari Bohr berlian (6 nm) [28], yang menghasilkan efek kurungan kuantum [29]. Seperti yang ditunjukkan oleh hasil Raman, intensitas puncak G lebih kuat daripada puncak D. Namun, penampang hamburan sp ² adalah 50–230 kali lebih besar dari sp ³ , dan dengan demikian, hamburan Raman sp ² secara signifikan lebih sensitif daripada sp ³ [30]. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa sebagian besar produk adalah ND dengan mempertimbangkan hasil hamburan TEM dan Raman.

(a ) Gambar TEM dari ND yang tidak dipasifkan:inset atas sesuai dengan gambar HRTEM ND, dan inset bawah sesuai dengan distribusi ukuran ND. (b ) Spektrum Raman dari ND yang tidak dipasifkan

Untuk menyelidiki permukaan ND, spektrum FTIR dipelajari. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, untuk ND yang tidak dipasifkan atau dipasifkan, spektrum menunjukkan puncak yang kuat dan lebar pada 3380 cm ⁻¹ yang disebabkan oleh vibrasi ulur ikatan –OH. Puncak serapan terletak antara 2800 dan 3000 cm ⁻¹ berasal dari vibrasi regangan ikatan C–H sedangkan 1380 cm ⁻¹ puncak adalah karena getaran lentur dalam bidang ikatan C-H [31]. Mengingat bahwa ND dibuat dalam etanol, beberapa –OH dan –CH_x ikatan teradsorpsi pada permukaan ND selama proses preparasi. Selain itu, hasil oksidasi tertentu dari adanya oksigen dalam larutan etanol, sehingga menghasilkan sejumlah kecil ikatan C=O dan C–O–C yang dihasilkan pada permukaan ND yang tidak dipasifkan, dan ini terlihat jelas dalam spektrum. . Salah satu ikatan terletak di 1726 cm ⁻¹ dan diinduksi oleh vibrasi regangan ikatan C=O [20]. Ikatan lainnya sesuai dengan bimodal simetris pada 1074 cm ⁻¹ dan 1113 cm ⁻¹ , yang berasal dari ikatan C-O-C [32]. Namun, setelah dipasifkan oleh PEG_400N , intensitas semua puncak serapan meningkat secara signifikan. Selain pengenalan besar-besaran ikatan C–H dan –OH, tingkat oksidasi meningkat secara signifikan, yang menyiratkan bahwa sejumlah besar ikatan C=O dan C–O–C terbentuk pada permukaan ND yang dipasifkan. Pada 120 °C, tekanan tinggi terbentuk di dalam reaktor dengan etanol. Dengan adanya oksigen, gugus hidroksil pada permukaan NDs dioksidasi untuk membentuk ikatan C=O dan C–O–C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b. Oleh karena itu, terbukti bahwa ND berhasil dipasifkan oleh PEG_400N .

(a ) Spektrum FTIR dari ND yang tidak dipasifkan dan yang dipasifkan. (b ) Skema oksidasi permukaan selama pasivasi

Gambar 4 menunjukkan spektrum serapan UV-Vis dari ND yang tidak dipasifkan dan yang dipasifkan. Spektrum serapan ND yang tidak dipasifkan menunjukkan puncak yang curam pada 211 nm yang berasal dari π → π ^∗ transisi ikatan C=C dan bahu di sekitar 265 nm yang berasal dari n → π ^∗ transisi ikatan C=O dari NDs [33]. Dibandingkan dengan ND yang tidak dipasifkan, ND yang dipasifkan menampilkan pergeseran π → π ^∗ transisi ke 230 nm, dan pergeseran merah 19-nm berpotensi karena penyempitan bandwidth NDs yang diberikan efek kurungan kuantum [34], yang disebabkan oleh peningkatan ukuran setelah pasivasi [35]. Selanjutnya, ND yang dipasifkan menunjukkan dua bahu pada 287 nm dan 350 nm keduanya dari n → π ^∗ transisi dan secara signifikan melebihi ND yang tidak dipasifkan. Terbukti π → π ^∗ dan → π ^∗ transisi menunjukkan bahwa ada π . yang sangat terlokalisasi keadaan, dan keadaan perangkap yang berbeda terbentuk karena cacat yang disebabkan oleh oksidasi permukaan.

Spektrum serapan UV-Vis dari ND yang tidak dipasifkan dan yang dipasifkan

Spektrum pendaran ND ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5a menunjukkan pendaran maksimal ND yang tidak dipasifkan pada 440 nm dan 447 nm, yang hampir sama pada eksitasi 360 nm atau 380 nm. Untuk ND yang dipasifkan, puncak luminesensi maksimal pada 440 nm dieksitasi oleh panjang gelombang 380 nm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5b. Setelah perbandingan, hasilnya menunjukkan bahwa di bawah kondisi yang sama, posisi puncak luminesensi dari ND yang tidak dipasifkan dan yang dipasifkan hampir secara bulat bergantung pada panjang gelombang eksitasi. Ketika panjang gelombang eksitasi berubah dari 280 menjadi 420 nm, puncak luminesensi pergeseran merah dari 380 menjadi 495 nm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5c. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5d, intensitas pendaran meningkat dan kemudian menurun dengan meningkatnya panjang gelombang eksitasi untuk kedua sampel. Perbedaannya adalah intensitas ND yang dipasifkan selalu melebihi intensitas ND yang tidak dipasifkan. Rasio intensitas puncak luminescence (I _pasif /Aku _{tidak dipasifkan} ) mencapai 10 saat tereksitasi pada 380 nm. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5e, lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dari pendaran menampilkan tren penurunan keseluruhan, dan tren hampir konsisten untuk kedua sampel ketika panjang gelombang eksitasi kurang dari 360 nm. FWHM mulai menyimpang ketika panjang gelombang eksitasi sesuai dengan 380 nm. Untuk ND yang tidak dipasifkan, FWHM mereka secara bertahap menurun, dan mencapai minimum 63 nm untuk ND yang dipasifkan ketika panjang gelombang eksitasi adalah 380 nm. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5d, peningkatan karena pasivasi permukaan tidak sama dan mencapai maksimum dengan eksitasi pada 380 nm, dan alasannya mungkin pasivasi permukaan membuat ND terdistribusi lebih seragam, sehingga FWHM menurun. Dengan demikian, FWHM relatif meningkat karena pendaran ND yang lebih diskrit dengan eksitasi pada 400 nm dan 420 nm.

Spektrum luminescence dari un-passivated (a ) dan pasif (b ) ND tereksitasi pada 280–420 nm. Perubahan panjang gelombang puncak pendaran (c ), intensitas puncak luminesensi (d ), dan FWHM (e ) bervariasi dengan panjang gelombang eksitasi

Untuk menyelidiki mekanisme pendaran ND dengan keadaan permukaan yang berbeda, spektrum keadaan transien diperoleh dengan menggunakan metode penyelesaian waktu, dan kurva peluruhan ditunjukkan pada Gambar. 6a, b. Terbukti, tingkat peluruhan luminesensi ND yang tidak dipasifkan lebih cepat daripada ND yang dipasifkan. Kurva peluruhan dilengkapi dengan tiga fungsi eksponensial dan ditabulasi pada Tabel 1. Pada 420 nm dan 440 nm, data peluruhan dapat dilengkapi dengan baik dengan komponen τ ₁ dan τ ₂ . Pada 480 nm dan 520 nm, mereka dapat dipasang dengan baik dengan tiga komponen τ ₁ , τ ₂ , dan τ ₃ . Secara khusus, τ ₁ (1,00–1,91 ns) sesuai dengan komponen cepat, yang berkorelasi dengan rekombinasi non-radiatif dari perangkap elektron selama transisi. Selanjutnya, τ ₂ (5.51–6.41 ns) dan τ ₃ (16,3–32,8 ns) sesuai dengan komponen lambat, yang terutama berasal dari rekombinasi radiasi. Selain itu, τ ₂ sesuai dengan masa pakai kombinasi radiasi dari status trapping ke π . yang dilokalkan negara, dan tetap hampir tidak berubah pada 5,51-6,41 ns untuk NDs. Selain itu, τ ₃ dikaitkan dengan transisi radiasi elektron dari gugus mirip molekul [36].

Pendaran yang diselesaikan dengan waktu dari un-passivated (a ) dan pasif (b ) NDs pada panjang gelombang pendaran yang berbeda. (c ) Persentase τ ₁ dan τ ₂ perubahan pada panjang gelombang luminescence yang berbeda. (d ) Rata-rata masa pakai dari panjang gelombang luminesensi yang berbeda untuk ND yang dipasifkan dan tidak dipasifkan

Untuk ND yang tidak dipasifkan, τ ₁ (1.00 ns) menyumbang 83,2% pada 420 nm. Ketika panjang gelombang pendaran meningkat menjadi 520 nm, τ ₁ mencapai 1,62 ns sedangkan proporsinya menurun menjadi 65,7%. Alasannya dikaitkan dengan peningkatan deviasi antara keadaan trapping dan keadaan tereksitasi di tepi pita. τ ₂ komponen dipertahankan pada sekitar 6,0 n, meskipun proporsinya meningkat dari 16,8% (420 nm) menjadi 33,7% (520 nm). Perlu dicatat bahwa pada 480 nm dan 520 nm, komponen lambat τ ₃ ada, tetapi proporsinya kurang dari 1%. Untuk ND pasif, τ . terpanjang ₁ dan τ ₂ muncul pada pendaran terkuat pada 440 nm dan masing-masing sesuai dengan 1,91 ns dan 6,41 ns. Masa pakai kedua komponen berkurang ketika puncak luminesensi bergerak menuju tepi pita. Kontribusi komponen cepat τ ₁ secara bertahap menurun dari 70,6 menjadi 52,2%, komponen lambat τ ₂ meningkat dari 29,4 menjadi 44,1%, dan τ ₃ meningkat dari 2,6 menjadi 3,7%. Perlu dicatat bahwa komponen cepat adalah kontributor utama pada masa pakai luminesensi ND.

Proporsi masa hidup τ ₁ dan τ ₂ untuk ND yang tidak dipasifkan dan yang dipasifkan ditunjukkan pada Gambar. 6c. Umumnya, komponen cepat τ ₁ menunjukkan penurunan keseluruhan setelah ND dipasifkan sementara komponen lambat τ ₂ dan τ ₃ menampilkan tren yang berlawanan. Ini karena status trapping dimodifikasi, yang mengarah ke lebih banyak kemungkinan kombinasi radiasi dari status trapping ke π negara. Tak pelak lagi, penurunan komponen cepat dan peningkatan komponen lambat meningkatkan rata-rata masa pakai ND yang dipasifkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6d. Oleh karena itu, tingkat peluruhan pendaran ND yang dipasifkan lebih lambat daripada ND yang tidak dipasifkan. Selanjutnya, baik untuk ND yang tidak dipasifkan atau yang dipasifkan, masa pakai rata-rata menjadi lebih lama dengan peningkatan panjang gelombang pendaran. Elektron cenderung berpindah dari keadaan terperangkap dengan tingkat energi yang lebih rendah ke π menyatakan untuk mewujudkan rekombinasi radiasi, dan dengan demikian, komponen yang lebih lambat berkontribusi pada masa pakai panjang gelombang pendaran yang lebih lama.