Materiale Nanostructurate

TEMA MATERIALE NANOSTRUCTURATE

Student: Grigore Andrei

Grupa: 631 AB

Facultatea: IMST

2015-2016

Rezumat

Partea 1: Monostraturi autoasamblate (SAM)

Monostraturile autoasamblate (SAM) din molecule sunt ansambluri moleculare formate spontan pe suprafete prin absorbtie si sunt organizate in domenii mai mult sau mai putin ordonate. In anumite cazuri moleculele ce formeaza monolayer-ul nu interactioneaza cu substratul. In acest caz vorbim de retele supramoleculare 2D. In alte cazuri moleculele se prezinta intr-un grup principal ce are o afinitate sporita fata de substrat si ancoreaza moleculele de el.

Partea 2: Epitaxia cu fascicule moleculare

Epitaxia fascicul molecular (MBE) este o metoda de epitaxie pentru depunerea cu pelicula subțire de cristale individuale. Aceasta metoda a fost inventata la sfarșitul anilor 1960 la Bell Telephone Laboratories de J. R. Arthur și Alfred Y. Cho. MBE este utilizata pe scara larga in fabricarea de dispozitive semiconductoare, inclusiv tranzistori pentru telefoane celulare și WiFi.

Partea 3: Spectroscopia in infrarosu

Spectroscopia in infraroșu (sau spectroscopie vibrationala) este un tip de spectroscopie care se ocupa cu regiunea in infraroșu a spectrului electromagnetic, care este lumina cu o lungime de unda mai lunga și o frecvența mai mica decat lumina vizibila. Acesta tehnica acopera o gama variata de tehnici, cea mai mare parte din acestea fiind bazate pe spectroscopie de absorbție.

Ca și in cazul tuturor tehnicilor spectroscopice, aceasta poate fi utilizata pentru a identifica și a studia compozitia chimica. Pentru o proba data, care poate fi solida, lichida sau gazoasa, metoda sau tehnica de spectroscopie in infraroșu folosește un instrument numit un spectrometru in infraroșu (sau spectrofotometru) pentru a produce un spectru in infraroșu. Un spectru IR baza este in esența un grafic al absorbanței in infraroșu lumina (sau transmitanța) pe axa verticala vs frecvența sau lungime de unda pe axa orizontala. Unitați tipice de frecvența utilizate in spectrele IR sunt reciproce de centimetri (numite uneori numere de unda), cu simbolul cm-1. Unitați de lungime de unda IR sunt date in mod obișnuit in micrometri (denumit anterior "microni"), simbolul μm.

Cuprins

Monostraturi autoasamblate (SEM)

Introducere

Obiective de cercetare

Intrebari de cercetare

Metodologie

Proprietati

Structura

Functionalizare

Concluzii si discutii

Epitaxia cu fascicule moleculare (MBE)

Introducere

Obiective de cercetare

Intrebari de cercetare

Metodologie

Proprietati

Structura

Functionalizare

Concluzii si discutii

Spectroscopia cu infrarosu

Introducere

Obiective de cercetare

Intrebari de cercetare

Metodologie

Proprietati

Functionalizare

Concluzii si discutii

Bibliografie

Monostraturi autoasamblate (SAM)

Introducere

In anii 1980, oamenii de știința au descoperit ca alkanethioli asamblati in mod spontan pe metale nobile. Acest nou domeniu al științei a deschis porțile la un simplu mod de a crea suprafete de aproape orice compoziție chimica dorita, prin plasarea unui substrat de aur intr-o soluție milimolar a unui alkanethiol in etanol. Acest lucru duce la monostraturi cristaline formate pe suprafața metalului, numit monostrat auto-asamblate (SAM).

Fig. 1

SAM sunt create din absorbtia chimica a “grupurilor principale” de catre un substrat din vapori sau dintr-un lichid, urmand organizarea lenta a “grupurilor coada”. Initial, la o densitate moleculara mica la suprafata, moleculele absorbite formeaza fie o masa dezordonata de molecule sau o formatie 2D, iar la un timp mai indelungat, incep sa formeze niste structure cristaline 3D sau semicristaline la suprafata substratului. “Grupurile principale” se asambleaza impreuna pe suprafata substratului. Zone formate din molecule strans legate cresc pana ce suprafata substratului este acoperita de un monolayer.

Substraturile pot fi suprafete planare, cum ar fi silicon sau metale, sau suprafete curbe , cum ar fi nanoparticule. Alkanethioli sunt cele mai comune molecule pentru SAM. Acestea sunt molecule cu un lant alkyl (C-C)n.

Alte tipuri de molecule interesante constau in thioli aromatic, folositi in electronica moleculara. Thioli sunt metale nobile des folosite ca substrat deoarece au o afinitate mare fata de sulfur. Interactiunea sulf-aur este semi-covalenta si are o putere de aprox. 45kcal/mol. In plus, aurul este un material inert si biocompatibil relative usor de procurat. De-a lungul anilor, mecanismul procesului de auto-asamblare a fost bine studiat și elucidat. Cercetatorii au descoperit ca un monostrat tipic alkanthiol formeaza o structura (√3 x √3) R30 pe aur cu lanțuri tiol inclinate la aproximativ 30 de grade fața de suprafața normal . Structura exacta a monostratului depinde de chimia lantului.

Auto-asamblarea constituie baza pentru multe procese naturale incluzand plierea proteinelor, transcrierea ADN și hibridizare și formarea membranelor celulare. Procedeul de selfassembly in natura este guvernata de forțe inter- și intra-moleculare care conduc moleculele intr-o stare stabila, consum redus de energie. Aceste forțe includ legaturi de hidrogen, interacțiuni electrostatice, interacțiuni hidrofobe, și forțe van der Waals.

Urmatoarea forța motrice pentru asamblare este interactiunea hidrofoba van der Waals dintre atomii de carbon metilenici de pe lanțurile alcani. Pentru alcantiol monostraturi, aceasta interacțiune determina lanțurile de tiol pentru a inclina, in scopul de a maximiza interacțiunea dintre lanțurile și coborați energia totala de suprafața. Un monolayer bine ordonat formeaza dintr-un lanț alcalin cel puțin 10 atomi de carbon. Cu lanțuri de carbon de la aceasta lungime, interacțiunile hidrofobe dintre lanțurile pot depași de grade de rotație a moleculelor de libertate.

Obiectivul de cercetare

Aplicabilitatea stratului subtire SAM in viata omului de rand.

Intrebarea de cercetare

Putem folosi aceasta tehnologie pentru a imbunatati starea sanatatii oamenilor?

Metodologie

Proprietati

Grosimea SAM-urilor poate fi masurata prin elipsometrie și cu spectroscopia cu raze x fotoelectronica (XPS), care ofera, de asemenea, informații privind proprietațile interfetelor.

Ordinea si orientarea moleculelor in SAM-uri poate fi probata prin NEXAFS și spectroscopia cu infrarosu fourier in reflexie de absorbție (RAIRS). Numeroase alte tehnici spectroscopice sunt folosite, cum ar fi doua armonica generație (SHG), SFG, SERS, precum și HREELS.

Structurile SAM-urilor sunt frecvent determinate folosind tehnici de microscopie de scanare sonda, cum ar fi microscopia cu forța atomica (AFM) si STM. STM a fost in masura sa ajute la ințelegerea mecanismelor de formare a SAM-urilor precum și determinarea caracteristicilor structural importante care dau integritatea SAM-urilor ca entitați de suprafața stabile.

Defectele datorate unor factori externi și intrinseci pot sa apara. Factorii externi care influenteaza acest aspect includ curațenia substratului, metoda de preparare, și puritatea adsorbaților. SAM-urile formeaza intrinsec defecte ce se datoreaza termodinamicii de formare (de exemplu, tioli SAM pe aur prezinta in mod tipic adancituri (insule de vacante monoatomice) probabil datorita extracției de adatomi de substrat și formarea de fragmente de adatom adsorbat. Recent, un nou tip de fluorosurfactant s-au descoperit ca pot forma un monostrat aproape perfect pe un substrat de aur, datorita creșterii mobilitații atomilor de suprafața de aur.

In general adsorbtia din solutie lichida este influentata de

Temperatura: temperatura camerei reduce defectele

Concentratia de adsorbant din solutie: o concentratie mica necesita un timp mai indelungat de imersie

Puritatea adsorbantului: impuritatile afecteaza proprietatile fizice finale

Contaminarea substratului

Structura

Structura SAM este de asemenea dependenta de curbura a substratului. SAM-uri pe nanoparticule, inclusiv coloizi și nanocristale stabilizeaza suprafața reactiva a particulei și prezinta grupe funcționale organice la interfața cu particule de solvent.

Aceste grupe funcționale organice sunt utile pentru aplicații, cum ar fi analize imunologice, care sunt dependente de compoziția chimica a suprafeței.

Structura finala a SAM-urilor este dependenta de lungimea lantului si de structura adsorbantului si a substratului. Lungimi mai mari ale lantului cresc stabilitatea termodinamica.

Functionalizare

SAM-urile sunt o varianta ieftina și versatila pentru aplicații ce includ acoperirea de suprafete, inclusiv controlul de umectare și de aderența, rezistența chimica, compatibilitate bio, sensibilizarea și recunoașterea moleculara pentru senzori și fabricarea nano. Domenii de aplicare pentru SAM includ biologie, electrochimie și electronica, sisteme nanoelectromecanice (NEMS) și sisteme microelectromecanice (MEMS) și bunuri de uz casnic de zi cu zi.

SAM-urile pot servi ca modele pentru studierea proprietaților membranelor celulelor și atașarea celulelor pe suprafețe. SAM-urile pot fi folosite pentru a modifica proprietațile de suprafața ale electrozilor pentru electrochimie, electronice generale și diverse NEMS și MEMS. Spre exemplu, proprietațile SAM pot fi utilizate pentru a controla transferul de electroni in electrochimie. Acestea pot servi pentru a proteja metalele de produse chimice concentrate și agenți de decapare. De asemenea, SAM poate reduce aderarea componentelor NEMS și MEMS in medii umede. In același mod, SAM pot modifica proprietațile sticlei. Un produs de uz casnic comun, Rain-X, utilizeaza tehnologia SAM pentru a crea un monostrat hidrofob pe parbrize pentru a le menține curate pe timp de ploaie.

Straturi subțiri de SAM pot fi plasate pe nanostructuri. In acest fel, ofera functionalizare nanostructurii. Acest lucru este avantajos deoarece nanostructura se poate atașa selectiv la alte molecule sau SAM. Aceasta tehnica este utila in biosenzori sau alte dispozitive MEMS care trebuie sa separe un tip de molecula din mediul sau. Un exemplu este utilizarea de nanoparticule magnetice pentru a elimina o ciuperca dintr-un flux sanguin. Nanoparticula este acoperit cu un SAM care se leaga de ciuperca. Deoarece sangele contaminat este filtrat printr-un dispozitiv MEMS, nanoparticule magnetice sunt introduse in sange, unde acestea se leaga de ciuperca si sunt apoi conduse magnetic din fluxul sanguin intr-un flux de deșeuri laminar din apropiere.

Concluzii si discutii

In concluzie, consider ca monostraturile autoasamblate (SAM) sunt benefice omului. Ele aduc imbunatatiri in diverse aspect ale vietii. De la biologie, medicina si farmacie pana la lucruri banale, de zi cu zi, cum ar fi protectia impotriva ploii.

Epitaxia cu fascicule moleculare (MBE)

Introducere

Epitaxia fascicul molecular (MBE) este o metoda de epitaxie pentru depunerea cu pelicula subțire de cristale individuale. Aceasta metoda a fost inventata la sfarșitul anilor 1960 la Bell Telephone Laboratories de J. R. Arthur și Alfred Y. Cho. MBE este utilizata pe scara larga in fabricarea de dispozitive semiconductoare, inclusiv tranzistori pentru telefoane celulare și WiFi.

Fig. 2

Pentru a face un cristal nou folosind MBE, se incepe cu un material de baza numit un substrat, care ar putea fi un material semiconductor familiar, precum siliciu, germaniu, sau arseniura de galiu. Apoi se tinteste cu un fascicul foarte precis de molecule (incalzite, astfel incat acestea sunt in forma gazoasa) la substratul din "tunuri" numite celule de efuziune.

Avem nevoie de un "pistol" pentru fiecare fascicul, trimitand un alt tip de molecule catre substrat, in funcție de natura cristalului pe care incercam sa-l cream. Moleculele ajung pe suprafața substratului, se condenseaza, și construiesc foarte incet și in mod sistematic in straturi ultra-subțiri, astfel incat cristalul pe care il dorim creste cu cate un strat atomic.

De aceea, MBE este un exemplu de ceea ce se numește depunere de tip pelicula subțire. Din moment ce implica construirea de materiale manipuland atomi și molecule. Este, de asemenea, un exemplu perfect a ceea ce ințelegem prin nanotehnologie.

Obiectivul cercetarii

Studierea cresterii conductorilor prin metoda MBE.

Intrebarea de cercetare

Putem crea un superconductor prin aceasta metoda? Care sunt avantajele?

Metodologie

Proprietati

Unul dintre motivele pentru care MBE este un mod precis de a face un cristal este ca se intampla in condiții foarte controlate: curațenia extrema și ceea ce se numește un vid ultra inalt (UHV). Deci nicio particula de murdarie sau moleculela de gaz nedorita nu poate interfera sau contamina creșterea cristalelor. "Curațenia extrema" inseamna chiar mai curat decat condițiile utilizate in procesul de fabricație normale semiconductoare; un "vid ultra-inalt" inseamna presiunea este atat de mica incat e la limita a ceea ce este ușor masurabil.

EBP ofera capacitatea unica de a studia creșterea cristalelor in timp real, și pe o scara sub-nanometrica

Creștere de cristale stratificate artificial de diferite complexitati, cu un grad ridicat de control și reproductibilitate

Rata de crestere scazuta de aproximativ 1 monolayer/sec

Temperatura de crestere scazuta(-550 grade Celsius pentru GaAs)

Crestere omogena a suprafetei

Control precis al compozitiei suprafetei la interfata

Controlul cresterii cristalului la nivel atomica

In general, temperaturile mai ridicate influenteaza pozitiv modul de aranjare a atomilor pe suprafata. Dezavantajul consta in faptul ca interfata devine neteda datorita difuziei atomilor.

Sunt anumite variabile ce pot fi controlate independent pentru a imbunatati calitatea cresterii:

Rata de flux(numarul de atomi ce ajung pe suprafata substratului)

Temperatura substratului

Rata de flux poate fi controlata prin ajustarea ratei / sublimarea evaporarea materiilor prime, temperatura sursei in timp ce temperatura substratului este reglata in mod direct, in funcție de metoda utilizata de incalzire. Rata de flux si temperatura sursei, afecteaza rata de creștere, deoarece acestea influențeaza rata de sosire a moleculelor pe suprafața. Ratele de creștere a MBE tipice sunt de 1 Å pe secunda, acesta este echivalent cu un singur strat atomic pe secunda. Cu ratele de creștere corecte și cu controlul fasciculelor moleculare folosind sistemele de declanșare, structuri multistrat pot fi crescute in mod fiabil și in mod repetat.

Anumite substraturi necesita temperaturi extrem de ridicate in timpul prepararii și ca urmare a creșterii. Un astfel de proces este numit recoacere, in care proba este incalzit din nou pentru a se recristalizeaza și repararea daunelor la structura cristalului.

Structura

Exista trei moduri principale de creștere care pot aparea in funcție de temperatura substratului, rata de depunere și energia de suprafața disponibila. Aceste moduri sunt ilustrate in Figura 3.

Fig. 3

Cele trei moduri de creștere a idealizate: Frank-van der Merwe (creștere strat cu strat), Volmer-Weber (creștere insula 3D) și Stranski-Krastanov (insule 3D cu un strat de umezire).

Cresterea strat cu strat, sau Frank-van der Merwe, este modul ideal pentru pelicule subțiri de inalta calitate, din moment ce urmatoarul monolayer se formeaza numai dupa ce primul s-a terminat. Creștere Volmer-Weber implica formarea unor insule 3D pe suprafața. Modul final este o creștere Stranski-Krastanov și este un mod intermediar format din insule 3D cu un strat de umectare. O alta, mai puțin frecventa, forma de creștere numita endotaxie poate avea loc, de asemenea. Acest lucru se intampla in cazul in care suprastratul creste pe suprafata datorita amestecarii chimice la scara mare și reactivitatii ridicate.

Creșterea in MBE depinde in intregime de sosirea atomilor pe suprafața și, ca atare, calitatea materialului de creștere este extrem de sensibila la sosirea atomilor de impuritate. Gazele de fond nedorite, cum ar fi azotul sau oxigenul, pot avea efecte nedorite asupra proprietaților semiconductorilor și pentru a depași aceasta problema utilizarea unui sistem de vid ultra-inalt este necesar. Camere de vid ultra-inalt, cu o presiune de fond situata in intervalul 108 pana la 1010 mbar, și presiuni parțiale reduse de gaze cu impuritați, cum ar fi apa, CO și CO2. La presiuni atmosferice suprafața este contaminata de un singur monostrat, aproximativ 1015 molecule cm2 de material in aproximativ 35 ns, cu toate acestea, la 10-9 mbar contaminarea are loc pe o perioada de timp de aproximativ 3500s. Acest lucru este considerabil mai mare decat timpul mediu de creștere in MBE și astfel reduce incorporarea impuritaților.

In funcție de tipul de creștere, exista avantaje in care favorizeaza anumite condiții de creștere. Atunci cand se cresc semiconductori III-Sb, este necesar sa se mențina temperaturi scazute ale substratului deoarece stibiu este ușor desorbit de pe suprafața la temperaturi mai mari. Acest lucru este valabil mai ales pentru materiale cu temperaturi scazute care nu sunt congruente. Temperatura non-congruenta este temperatura peste care o specie atomica in mod preferențial se evapora, lasand de multe ori un material non-stoechiometric. Creșterea straturilor tensionate necesita temperaturi mai scazute de substrat pentru a reduce difuzia atomilor de pe suprafața. Acest lucru reduce probabilitatea stratului relaxare și eliminarea beneficiile introducerii tulpinii in sistem. Dezavantajul este ca mai multe defecte sunt generate in timpul creșterii datorita mobilitații scazuta a atomilor depusi, care de obicei au nevoie sa se deplaseze pe substrat, in scopul de a gasi locul ideal pentru epitaxie.

Functionalizare

De ce sa folosim MBE in favoarea altei metode de a face un cristal? Este o metoda deosebit de eficienta pentru a face semiconductoare de inalta calitate (defecte minime, foarte uniform) din compuși (pe baza elementelor din grupele III (a) -V (a) din tabelul periodic), sau dintr-un numar de elemente diferite, in loc de un singur element. De asemenea, metoda permite filme extrem de subțiri sa fie fabricate intr-un mod foarte precis, atent controlate.

Putem crea un laser semiconductor pentru un CD player, sau un cip de computer avansat, sau un supraconductor la temperatura scazuta. Sau poate dorim sa construim o celula solara prin depunerea unui strat subțire de un material fotovoltaic (ceva care creeaza energie electrica, atunci cand lumina cade pe ea) pe un substrat. Pe scurt, daca se doreste proiectarea unui dispozitiv cu adevarat precis cu pelicula subțire pentru calcul, optica sau fotonica (folosind fascicule de lumina pentru a transporta și a procesa semnalele intr-un mod similar cu electronica), MBE este una dintre tehnici pe care trebuie sa le luam in considerare. In afara de procesele industriale, este de asemenea folosit in foarte multe tipuri de cercetari avansate in nanotehnologie.

2.3 Concluzii si discutii

In concluzie, se poate crea un superconductor folosind aceasta metoda. Acesta ar avea proprietati foarte bune datorita preciziei cu care putem controla diferiti parametrii (temperature, evaporare termica, curatenie, grosimea straturilor). In acelasi timp avem o crestere foarte lenta (1 um/h), rezultand o puritate foarte ridicata a materialului, lucru ideal pentru un superconductor.

Din pacate tehnica are unele dezavantaje. Este o metoda lenta și laborioasa (rata de creștere a cristalului fiind in mod tipic de cativa microni pe ora), ceea ce inseamna ca este mai potrivita pentru laboratoarele de cercetare științifica decat cele de producție de mare volum, iar echipamentul implicat este complex și foarte costisitor (parțial din cauza dificultații de a realizarea unor astfel de condiții curate, de vid).

Spectroscopia cu infrarosu

3.1 Introducere

Spectroscopia in infraroșu (sau spectroscopie vibrationala) este un tip de spectroscopie care se ocupa cu regiunea in infraroșu a spectrului electromagnetic, care este lumina cu o lungime de unda mai lunga și o frecvența mai mica decat lumina vizibila (vezi Fig. 4). Aceasta tehnica acopera o gama variata de tehnici, cea mai mare parte din acestea fiind bazate pe spectroscopie de absorbție.

Fig. 4 Spectrul luminii

Ca și in cazul tuturor tehnicilor spectroscopice, aceasta poate fi utilizata pentru a identifica și a studia compozitia chimica. Pentru o proba data, care poate fi solida, lichida sau gazoasa, metoda sau tehnica de spectroscopie in infraroșu folosește un instrument numit un spectrometru in infraroșu (sau spectrofotometru) pentru a produce un spectru in infraroșu. Un spectru IR baza este in esența un grafic al absorbanței in infraroșu lumina (sau transmitanța) pe axa verticala vs frecvența sau lungime de unda pe axa orizontala. Unitați tipice de frecvența utilizate in spectrele IR sunt reciproce de centimetri (numite uneori numere de unda), cu simbolul cm-1. Unitați de lungime de unda IR sunt date in mod obișnuit in micrometri (denumit anterior "microni"), simbolul μm.

3.1.2 Obiectivul cercetarii

Studierea superconductorilor folosing spectroscopia cu infrarosu.

3.1.3 Intrebarea de cercetare

Este esentiala spectroscopia cu infrarosu in crearea urmatoarei generatii de superconductori?

3.2 Metodologie

3.2.1 Proprietati

Porțiunea in infraroșu a spectrului electromagnetic este, de obicei, imparțita in trei regiuni; cea aproape, la mijloc și cea extrema, numite pentru relația lor cu spectrul vizibil. Energia inalta de aproape, de aproximativ 14000-4000 cm-1 (0.8-2.5 um lungime de unda) poate excita nuantele sau vibratiile armonice.

Portiunea de mijloc a spectrului infrarosu, aproximativ 4000-400 cm-1 (2,5-25 μm) poate fi folosita pentru a studia vibrațiile fundamentale și structura de rotație-vibrație asociata.

Portiunea de extrema a spectrului infrarosu, aproximativ 4-100 cm-1 (25-1000 μm), situata in apropierea regiunii cu microunde, are o energie scazuta și poate fi utilizata pentru spectroscopie de rotație. Numele și clasificarile acestor subregiuni sunt convenții și sunt vag bazate pe proprietațile moleculare sau electromagnetice relative.

Spectroscopia in infrarosu este ieftina si rapida in comparative cu tehnici ca RMN. Este deasemenea folosita pentru o gama larga de materiale si poate detecta foarte precis anumite substante.

Dezavantajul major consta in pregatirea mostrelor care ocupa ceva timp si faptul ca nu ofera atat de multe detalii precum ofera tehnica RMN.

Probele gazoase necesita o celula de proba cu o lungime mai mare pentru a compensa diluarea. Lungimea celulei probei depinde de concentrația compusului de interes. Un tub de sticla simplu, cu o lungime de 5 pana la 10 cm, echipat cu ferestre infrarosu transparente la ambele capete ale tubului, poate fi utilizat pentru concentrații pana la cateva sute de ppm. Concentrațiile de gaz cu mult sub ppm pot fi masurate cu o celula White in care lumina in infraroșu este ghidata cu oglinzi pentru a trece prin gaz. Celulele White sunt disponibile cu lungimi optice pornind de la 0,5 m pana la o suta de metri.

Probele de lichid pot fi prinse intre doua placi de sare (in mod obișnuit de clorura de sodiu sau sare de bucatarie, desi putem folosi de asemenea, o serie de alte saruri, cum ar fi bromura de potasiu sau fluorura de calciu). Placile sunt transparente pentru lumina infraroșie și nu introduc linii pe spectre.

Probe solide pot fi preparate intr-o varietate de moduri. O metoda comuna este de a zdrobi proba cu un agent mulling uleios (ulei mineral de obicei Nujol). O pelicula subțire de mull este aplicata pe placi de sare și masurate. A doua metoda este de a se macina o cantitate de proba cu o sare purificata special (bromura de obicei, potasiu) fin (pentru a indeparta efectele de impraștiere din cristale mari). Acest amestec de pulbere este apoi presat intr-o presa mecanica pentru a forma o peleta translucida prin care poate trece fasciculul spectrometrului. Exista si o a treia tehnica, "pelicula turnata", care este folosita in principal pentru materiale polimerice.

Proba se dizolva mai intai intr-un solvent nonhigroscopic. O picatura din aceasta soluție se depune pe suprafața celulara KBr sau NaCl. Soluția este apoi evaporata pana la secare și pelicula formata pe celula este analizata direct. Este important sa se asigure ca filmul nu este prea gros altfel lumina nu poate trece prin el. Aceasta tehnica este adecvata pentru analiza calitativa. Metoda finala este de a folosi microtomie pentru a taia o pelicula subțire (20-100 µm) dintr-o proba solida. Aceasta este una dintre cele mai importante cai de analiza produselor din plastic esuate deoarece integritatea solidului este pastrata.

3.2.2 Functionalizare

Spectroscopia in infraroșu este o tehnica simpla și fiabila utilizata la scara larga atat in chimia organica și anorganica, in cercetare și industrie. Aceasta este utilizata in controlul calitații, masurarea dinamica, și aplicații de monitorizare, cum ar fi masurarea nesupravegheata pe termen lung a concentrațiilor de CO2 in sere și camere de creștere prin analizatoare de gaze cu infraroșii.

Este, de asemenea, utilizata in analiza medico-legala, in ambele cazuri penale și civile, de exemplu, in identificarea de degradare a polimerului. Aceasta poate fi utilizata pentru determinarea conținutului de alcool din sange al unui șofer beat suspectat.

Spectroscopia cu IR a fost utilizata cu succes in analiza și identificarea pigmenți in picturi, precum și alte obiecte de arta, cum ar fi manuscrise iluminate.

O modalitate utila de a analiza probelor solide, fara a fi nevoie de taierea probelor utilizeaza ATR sau spectroscopia totala cu reflexie atenuata. Folosind aceasta abordare, probele sunt presate pe fața unui singur cristal. Radiația infraroșie trece prin cristal și interacționeaza numai cu proba la interfața dintre cele doua materiale.

Odata cu creșterea tehnologiei in procesul de filtrare de calculator și manipulare a rezultatelor, probele in soluție poate fi acum masurate cu precizie (apa produce o absorbanta in intreaga gama de interes și, astfel, face spectrul sa poata fi citit fara acest tratament de calculator).

Unele instrumente vor spune, de asemenea in mod automat ce substanța este masurata dintr-un magazin de mii de spectre de referința deținute in depozit.

Spectroscopie in infraroșu este, de asemenea, utilizata in masurarea gradului de polimerizare in fabricarea polimerului. Modificari in caracterul sau cantitatea unei anumite legaturi sunt evaluate prin masurarea la o anumita frecvența de-a lungul timpului. Instrumentele de cercetare moderne pot efectua masuratori in infrarosu din intreaga gama de interes la fel de frecvent ca și de 32 de ori pe secunda. Acest lucru se poate realiza in timp ce masuratorile simultane sunt realizate folosind alte tehnici. Acest lucru face ca observațiile reacțiilor chimice și a proceselor sa fie mai rapide și mai precise.

Un aspect important pentru studiul nostru il reprezinta faptul ca spectroscopia in infraroșu a fost utilizata cu succes in domeniul microelectronicii, mai precis in domeniul semiconductoarelor, de exemplu, spectroscopie in infraroșu pot fi aplicate la semiconductori cum ar fi siliciu, arseniura de galiu, nitrura de galiu, seleniura de zinc, siliciu amorf, nitrura de siliciu.

O alta aplicație importanta in spectroscopia in infraroșu este in industria alimentara, pentru a masura concentrația diferiților compuși in diferite produse alimentare. Instrumentele sunt, mai nou, de dimensiuni reduse si pot fi transportate acolo unde este nevoie.

3.3 Concluzii si discutii

Deoarece inca putine lucruri se cunosc despre superconductori, tehnologia de spectroscopie in infrarosu ar putea fi o solutie foarte importanta in dezvoltarea acestora. Superconductorii sunt o clasa fascinanta de materiale in care electronii plutesc cu rezistenta aproape de zero. Acestia au potentialul de a revolutiona electronica, industria electrica si multe altele.

Problema consta in faptul ca niciun superconductor existent nu prezinta proprietatile necesare pentru realizarea acestor lucruri marete. Pentru a proiecta acest tip de superconductor ideal, avem nevoie de o intelegere a comportamentului electric si magnetic complex la nivel atomic. Aici intervine spectroscopia cu infrarosu, ce ne poate ajuta sa elucidam acest mister.

Bibliografie

Infrared Spectroscopy, Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_spectroscopy#Special_effects)

Self-assembled monolayer, Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Self-assembled_monolayer)

Self-Assembled Monolayers: Advantages of Pure Alkanethiols, Sigmaaldrich.com

Molecular beam epitaxy, Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_beam_epitaxy)

Molecular beam epitaxy, Explainthatstuff.com (http://www.explainthatstuff.com/molecular-beam-epitaxy-introduction.html)

Molecular Beam Epitaxy, Klaus Ploog at Paul Drude Institute

Phys.org (http://phys.org/news/2013-11-infrared-gap-iron-based-superconductor.html)

Molecular Beam Epitaxy, Warwick University