مطالعه‌ی خواص نوری خطی و غیرخطی مرتبه سوم نانوکامپوزیت‌ TiO2/ZnO

محورهای موضوعی : تحقیقات در علوم مهندسی سطح و نانو مواد

آزاده حقیقت زاده ¹ , نسرین قزکوب ²

1 - مرکز تحقیقات مهندسی سطح پیشرفته و نانومواد، گروه فیزیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
2 - گروه فیزیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

تاریخ دریافت : 1401/04/20 تاریخ پذیرش : 1401/05/27 تاریخ انتشار : 1401/06/01

کلید واژه: اکسید روی, نانوکامپوزیت, دی اکسید تیتانیوم, چیدمان روبش-z, پذیرفتاری غیرخطی مرتبه سوم,

چکیده مقاله :

در این مطالعه، مشخصه‌های ساختاری و خواص نوری خطی و غیرخطی نانوکامپوزیت‌ TiO2/ZnO مورد تحقیق قرار گرفتند. در گام اول، نانو ساختار کامپوزیتی TiO2/ZnO در طی یک فرایند دو مرحله‌ای به روش هم‌رسوبی شیمیایی با اضافه کردن نانو ذرات TiO2 به محلول آبی حاوی پیش ماده استات روی تهیه شد. در گام دوم جهت بررسی چگونگی سهم حضور ساختارهای پایه ای بر خواص نوری خطی و غیرخطی نانو کامپوزیت TiO2/ZnO، نانو ذرات خالص TiO2 و ZnO با استفاده از روش هم‌رسوبی ساخته شدند. مشخصه‌یابی فازی و تحلیل شیمیایی نانو ساختارهای ساخته شده با استفاده از مشخصه یابی پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR) انجام شد. خواص عنصری نمونه ها توسط تحلیل عنصری نقطه‌ای (EDS) و تحلیل عنصری صفحه‌ای (Mapping) ثبت شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) مطالعه شد. مطالعات ریخت شناسی نانوکامپوریت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تفسیر شد. مطالعات نوری خطی جهت مشخص نمودن انرژی ناحیه ممنوعه و مشخص کردن طول موج بیشنه جذب نمونه ها توسط طیف سنجی مرئی- فرابنفش (UV-Vis) انجام شد. روش استاندارد روبش-z تک پرتویی با چیدمان‌های دریچه باز و بسته به ترتیب برای تعیین ضرایب جذب و شکست نوری غیرخطی استفاده شد. نتایج نوری غیرخطی، پذیرفتاری غیرخطی مرتبه سومی از مرتبهesu 10-4 را تحت تابش های لیزریnm 532 نشان داد

منابع و مأخذ:

[1]  J.W. You, S.R. Bongu, Q. Bao, N.C. Panoiu, " Nonlinear optical properties and applications of 2D materials: theoretical and experimental aspects ", Nanophotonics, 8 (2019) 63–97.

[2]  V.I. Gavrilenko, T. V Murzina, G. Mizutani, "Nonlinear Optics of Nanostructures",_ Physics Research International, 2 ( 2012)

 [3] M. Turunen, M. Brotons-Gisbert, Y. Dai, Y. Wang, E. Scerri, C. Bonato, K.D. Jöns, Z. Sun, B.D. Gerardot, "Quantum photonics with layered 2D materials", Nature Reviews Physics 4 (2022) 219–236.

[4]  D. Banerjee, S.S.B. Moram, C. Byram, J. Rathod, T. Jena, G.K. Podagatlapalli, V.R. SOMA, " Plasmon-enhanced ultrafast and tunable thermo-optic nonlinear optical properties of femtosecond laser ablated TiO2 and Silver-doped ", Applied Surface Science, 569 (2021) 151070.

[5]  L.-H. Guo, Y.-W. Wang, Y.-Q. Jiang, S. Xiao, J. He, "Dependence of Nonlinear Optical Response of Anatase TiO2 on Shape and Excitation Intensity", Chinese Physics Letters, 34 (2017) 77803.

[6]  S. Saalinraj, K.C. Ajithprasad, "Effect of Calcination Temperature on Non-linear Absorption Co-efficient of Nano Sized Titanium Dioxide (TiO2) Synthesised by Sol-Gel Method", Materialstoday proceedings, 4 (2017) 4372–4379.

[7]  T. Hashimoto, T. Yoko, S. Sakka, "Sol-gel preparation and third-order nonlinear optical properties of TiO2 thin films", Bulletin of the Chemical Society of Japan, 67 (1994) 653–660.

[8]  V. Gayvoronsky, A. Galas, E. Shepelyavyy, T. Dittrich, V.Y. Timoshenko, S.A. Nepijko, M.S. Brodyn, F. Koch, "Giant nonlinear optical response of nanoporous anatase layers",_ Applied Physics B, 80 (2005) 97–100,

[9]  F. Hosseinpour, M. Pourtabrizi, " Experimental investigation of nonlinear optical responses of Fuchsine dye by reversed micelles ", Optical and Quantum Electronics, 53( 2021) 563.

[10]         Q. Tong, Y.-H. Wang, X.-X. Yu, B. Wang, Z. Liang, M. Tang, A.-S. Wu, H.-J. Zhang, F. Liang, Y.-F. Xie, "Nonlinear optical and multi-photon absorption properties in graphene@ZnO nanocomposites", Nanotechnology, 29 (2018) 165706.

[11]         A.S. Rao, G. Sethuraman, O.S.N. Ghosh, A. Sharan, A.K. Viswanath, "Third order nonlinear study of ZnO nano particles under femto-second laser illumination", ArXiv Prepr. ArXiv, 1806 (2018) 09404.

[12]         S. Valligatla, A. Chiasera, S. Varas, P. Das, B.N.S. Bhaktha, A. ukowiak, F. Scotognella, D.N. Rao, R. Ramponi, G.C. Righini, "Optical field enhanced nonlinear absorption and optical limiting properties of 1-D dielectric photonic crystal with ZnO defect", Optical Materials, 50 (2015) 229–233.

[13]         T. Ning, Y. Zhou, H. Shen, H. Lu, Z. Sun, L. Cao, D. Guan, D. Zhang, G. Yang, "Nonlinear optical properties of Au/ZnO nanoparticle arrays" Applied Surface Science, 254 (2008) 1900–1903.

[14]         L. Irimpan, V.P.N. Nampoori, P. Radhakrishnan, "Spectral and nonlinear optical characteristics of ZnO nanocomposites", Sciences of Advanced Materials, 2 (2010) 117–137.

[15]         Y.-B. Han, J.-B. Han, Z.-H. Hao, "Band Gap Shift and the Optical Nonlinear Absorption of Sputtered ZnO-TiO2 Films",_ Journal of nanoscience and nanotechnology, 11 (2011) 5024–5027.

[16]         Deepika, R. Dhar, D. Mohan, "Study of optical nonlinearity of CdSe and CdSe@ ZnO core@shell quantum dots in nanosecond regime", Modern Physics Letters B, 29 (2015)1550209.

[17]         H.S. Sindhu, S.R. Maidur, P.S. Patil, R.J. Choudhary, " Nonlinear optical and optical power limiting studies of Zn1-xMnxO thin films prepared by spray pyrolysis ", Optik, 182 (2019)671–681.

[18]         R.A. Ganeev, M. Baba, M. Morita, D. Rau, H. Fujii, A.I. Ryasnyansky, N. Ishizawa, M. Suzuki, H. Kuroda, "Nonlinear optical properties of CdS and ZnS nanoparticles doped into zirconium oxide films" Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 6 (2004) 447,

[19]         S. Mathew, B.S. Bhardwaj, A.D. Saran, P. Radhakrishnan, V.P.N. Nampoori, C.P.G. Vallabhan, J.R. Bellare, "Effect of ZnS shell on optical properties of CdSe-ZnS core-shell quantum dots", Optical Materials, 39 (2015) 46–51.

[20]         D. Ram rez-Ortega, A.M. Meléndez, P. spero Acevedo-Pe a, I. Gonz lez, R. Arroyo, "Semiconducting properties of ZnO/TiO2 composites by electrochemical measurements and their relationship with photocatalytic activity", Electrochimica Acta, 140 (2014) 541–549.

[21]         L. Munguti, F. Dejene "Influence of annealing temperature on structural, optical and photocatalytic properties of ZnO–TiO2​ composites for application in dye removal in water",_ Nano-Structures & Nano-Objects, 24 (2020) 100594.

[22]         M. Sheik-Bahae, A.A. Said, T.-H. Wei, D.J. Hagan, E.W. Van Stryland, "Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam", IEEE journal of quantum electronics, 26  (1990) 760–769.

[23]         W. Feng, T. Wei, M. Li-Na, C. Wen-Ju, Z. Gui-Lan, Z. Guo-Feng, C. Shi-Dong, X. Wei, "Optical nonlinear properties of CdSeS/ZnS core/Shell quantum dots" Chinese Physics Letters, 25 (2008) 1461.

[24]         A.K. Kole, P. Kumbhakar, U. Chatterjee, "Observations on nonlinear optical properties of ZnS nanosheet, ZnS-ZnO composite nanosheet and porous ZnO nanostructures dispersed in aqueous medium", Chemical Physics Letters, 591 (2014) 93–98.