तरल में अल्ट्राफास्ट लेजर एब्लेशन तरल / वायु वातावरण में नैनोमैटेरियल्स (नैनोकणों [एनपी] और नैनोस्ट्रक्चर [एनएसएस]) को संश्लेषित करने के लिए एक सटीक और बहुमुखी तकनीक है। लेजर-एब्लेटेड नैनोमटेरियल्स को रमन-सक्रिय अणुओं के साथ कार्यात्मक बनाया जा सकता है ताकि एनएस/एनपी पर या उसके पास रखे गए विश्लेषणों के रमन सिग्नल को बढ़ाया जा सके।
तरल पदार्थ में अल्ट्राफास्ट लेजर एब्लेशन की तकनीक पिछले एक दशक में विकसित और परिपक्व हुई है, जिसमें संवेदन, उत्प्रेरण और चिकित्सा जैसे विभिन्न क्षेत्रों में कई आसन्न अनुप्रयोग हैं। इस तकनीक की असाधारण विशेषता अल्ट्राशॉर्ट लेजर दालों के साथ एक ही प्रयोग में नैनोकणों (कोलाइड) और नैनोस्ट्रक्चर (ठोस) का गठन है। हम पिछले कुछ वर्षों से इस तकनीक पर काम कर रहे हैं, खतरनाक सामग्री संवेदन अनुप्रयोगों में सतह-वर्धित रमन प्रकीर्णन (एसईआरएस) तकनीक का उपयोग करके इसकी क्षमता की जांच कर रहे हैं। अल्ट्राफास्ट लेजर-एब्लेटेड सब्सट्रेट्स (ठोस और कोलाइड) ट्रेस स्तर / मिश्रण रूप में कई विश्लेषण अणुओं का पता लगा सकते हैं, जिसमें रंजक, विस्फोटक, कीटनाशक और बायोमोलेक्यूल्स शामिल हैं। यहां, हम एजी, एयू, एजी-एयू और एसआई के लक्ष्यों का उपयोग करके प्राप्त किए गए कुछ परिणाम प्रस्तुत करते हैं। हमने विभिन्न पल्स अवधि, तरंग दैर्ध्य, ऊर्जा, पल्स आकार और लेखन ज्यामिति का उपयोग करके प्राप्त नैनोस्ट्रक्चर (एनएस) और नैनोकणों (एनपी) (तरल पदार्थ और हवा में) को अनुकूलित किया है। इस प्रकार, एक सरल, पोर्टेबल रमन स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके कई विश्लेषण अणुओं को महसूस करने में उनकी दक्षता के लिए विभिन्न एनएस और एनपी का परीक्षण किया गया था। यह पद्धति, एक बार अनुकूलित होने के बाद, ऑन-फील्ड सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए मार्ग प्रशस्त करती है। हम (ए) लेजर एब्लेशन के माध्यम से एनपी / एनएस को संश्लेषित करने, (बी) एनपी / एनएस के लक्षण वर्णन, और (सी) एसईआरएस-आधारित संवेदन अध्ययनों में उनके उपयोग में प्रोटोकॉल पर चर्चा करते हैं।
अल्ट्राफास्ट लेजर एब्लेशन लेजर-सामग्री इंटरैक्शन का एक तेजी से विकसित क्षेत्र है। फेम्टोसेकंड (एफएस) से पिकोसेकंड (पीएस) रेंज में पल्स अवधि के साथ उच्च तीव्रता वाली लेजर दालों का उपयोग सटीक सामग्री पृथक्करण उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। नैनोसेकंड (एनएस) लेजर दालों की तुलना में, पीएस लेजर दालें अपनी कम पल्स अवधि के कारण उच्च परिशुद्धता और सटीकता के साथ सामग्री को नष्ट कर सकती हैं। वे कम थर्मल प्रभावों के कारण कम संपार्श्विक क्षति, मलबे और एब्लेटेड सामग्री के संदूषण उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि, पीएस लेजर आमतौर पर एनएस लेजर की तुलना में अधिक महंगे होते हैं और संचालन और रखरखाव के लिए विशेष विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है। अल्ट्राफास्ट लेजर दालें ऊर्जा जमाव पर सटीक नियंत्रण सक्षम करती हैं, जिससे आसपास की सामग्री को अत्यधिक स्थानीयकृत और कम से कम थर्मल क्षति होती है। इसके अतिरिक्त, अल्ट्राफास्ट लेजर एब्लेशन अद्वितीय नैनोमटेरियल्स की पीढ़ी का कारण बन सकता है (यानी, नैनोमटेरियल्स के उत्पादन के दौरान सर्फेक्टेंट / कैपिंग एजेंट अनिवार्य नहीं हैं)। इसलिए, हम इसे एक ग्रीन संश्लेषण / निर्माण विधि 1,2,3 कह सकते हैं। अल्ट्राफास्ट लेजर एब्लेशन के तंत्र जटिल हैं। तकनीक में विभिन्न भौतिक प्रक्रियाएं शामिल हैं, जैसे (ए) इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना, (बी) आयनीकरण, और (सी) घने प्लाज्मा की पीढ़ी, जिसके परिणामस्वरूप सतह4 से सामग्री का इजेक्शन होता है। लेजर एब्लेशन उच्च उपज, संकीर्ण आकार वितरण और नैनोस्ट्रक्चर (एनएसएस) के साथ नैनोकणों (एनपी) का उत्पादन करने के लिए एक सरल एकल-चरण प्रक्रिया है। नासिर एट अल.5 ने लेजर एब्लेशन विधि के माध्यम से एनपी के संश्लेषण और उत्पादन को प्रभावित करने वाले कारकों की विस्तृत समीक्षा की। समीक्षा में विभिन्न पहलुओं को शामिल किया गया, जैसे कि लेजर पल्स के पैरामीटर, फोकस िंग स्थितियां और एब्लेशन माध्यम। समीक्षा में तरल (एलएएल) विधि में लेजर एब्लेशन का उपयोग करके एनपी की एक विस्तृत श्रृंखला के उत्पादन पर उनके प्रभाव पर भी चर्चा की गई। लेजर-एब्लेटेड नैनोमैटेरियल्स आशाजनक सामग्री हैं, जिनमें उत्प्रेरण, इलेक्ट्रॉनिक्स, संवेदन और बायोमेडिकल, जल विभाजन अनुप्रयोग 6,7,8,9,10,11,12,13,14 जैसे विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं।
सरफेस-एन्हांस्ड रमन स्कैटरिंग (SERS) एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक संवेदन तकनीक है जो धात्विक NS/NPs पर अधिशोषित प्रोब/विश्लेषण अणुओं से रमन सिग्नल को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है। SERS धात्विक NPs/NSs में सतह प्लास्मोन अनुनाद की उत्तेजना पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप धात्विक नैनो-विशेषताओं के पास स्थानीय विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। यह उन्नत क्षेत्र सतह पर अधिशोषित अणुओं के साथ बातचीत करता है, जिससे रमन संकेत में काफी वृद्धि होती है। इस तकनीक का उपयोग विभिन्न विश्लेषणों का पता लगाने के लिए किया गया है, जिसमें रंजक, विस्फोटक, कीटनाशक, प्रोटीन, डीएनए और ड्रग्स15,16,17 शामिल हैं। हाल के वर्षों में, एसईआरएस सब्सट्रेट्स के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जिसमें अलग-अलग आकार के धातु एनपी 18,19 (नैनोरोड्स , नैनोस्टार और नैनोवायर्स), हाइब्रिड एनएसएस20,21 (एसआई22,23, जीएएएस 24, टीआई 25, ग्राफीन 26, एमओएस227, एफई 28 जैसी अन्य सामग्रियों के साथ धातु का संयोजन) का उपयोग शामिल है।, आदि), साथ ही लचीला सब्सट्रेट29,30 (कागज, कपड़ा, नैनोफाइबर, आदि)। सब्सट्रेट्स में इन नई रणनीतियों को विकसित करने से विभिन्न वास्तविक समय अनुप्रयोगों में एसईआरएस का उपयोग करने के लिए नई संभावनाएं खुल गई हैं।
यह प्रोटोकॉल विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर पीएस लेजर का उपयोग करके एजी एनपी के निर्माण पर चर्चा करता है और एजी-एयू मिश्र धातु एनपी (एजी और एयू लक्ष्यों के विभिन्न अनुपातों के साथ) आसुत जल में लेजर एब्लेशन तकनीक का उपयोग करके बनाया गया है। नैनोस्ट्रक्चर हवा में सिलिकॉन पर एक एफएस लेजर का उपयोग करके बनाए जाते हैं। इन एनपी और एनएस को पराबैंगनी (यूवी) -दृश्य अवशोषण, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम), एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी), और क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एफईएसईएम) का उपयोग करके विशेषता है। इसके अलावा, एसईआरएस सब्सट्रेट्स और विश्लेषण अणुओं की तैयारी पर चर्चा की जाती है, इसके बाद विश्लेषण अणुओं के रमन और एसईआरएस स्पेक्ट्रा का संग्रह होता है। डेटा विश्लेषण संभावित सेंसर के रूप में लेजर-एब्लेटेड एनपी / एनएस की वृद्धि कारक, संवेदनशीलता और प्रजनन क्षमता निर्धारित करने के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त, विशिष्ट एसईआरएस अध्ययनों पर चर्चा की जाती है, और हाइब्रिड सब्सट्रेट्स के एसईआरएस प्रदर्शन का मूल्यांकन किया जाता है। विशेष रूप से, यह पाया गया है कि होनहार सोने के नैनोस्टार्स की एसईआरएस संवेदनशीलता को आधार के रूप में सादे सतहों (जैसे एसआई / ग्लास) के बजाय लेजर-संरचित सिलिकॉन का उपयोग करके लगभग 21 गुना बढ़ाया जा सकता है।
अल्ट्रासोनिकेशन सफाई में, साफ की जाने वाली सामग्री को एक तरल में डुबोया जाता है और अल्ट्रासोनिक क्लीनर का उपयोग करके तरल पर उच्च आवृत्ति ध्वनि तरंगों को लागू किया जाता है। ध्वनि तरंगें तरल में छोटे बु?…
The authors have nothing to disclose.
हम इंस्टीट्यूट ऑफ एमिनेंस (आईओई) परियोजना यूओएच / आईओई / आरसी 1 / आरसी 1-2016 के माध्यम से समर्थन के लिए हैदराबाद विश्वविद्यालय को धन्यवाद देते हैं। आईओई अनुदान एमएचआरडी, भारत से अधिसूचना एफ 11/9/2019-यू 3 (ए) के माध्यम से प्राप्त किया गया है। डीआरडीओ, भारत को एसीआरएचईएम [[#ERIP/ईआर/1501138/एम/01/319/डी (आर एंड डी)] के माध्यम से वित्त पोषण सहायता के लिए स्वीकार किया जाता है। हम एफईएसईएम लक्षण वर्णन और एक्सआरडी सुविधाओं के लिए स्कूल ऑफ फिजिक्स, यूओएच को स्वीकार करते हैं। हम प्रोफेसर एसवीएस नागेश्वर राव और उनके समूह को उनके बहुमूल्य सहयोग योगदान और समर्थन के लिए अपनी ईमानदारी से आभार व्यक्त करना चाहते हैं। हम प्रयोगशाला में लेजर एब्लेशन प्रयोगों के दौरान और बाद में अमूल्य समर्थन और सहायता के लिए पूर्व और वर्तमान प्रयोगशाला सदस्यों डॉ पी गोपाल कृष्ण, डॉ हमाद सैयद, डॉ चंदू बायरम, श्री एस संपत कुमार, सुश्री सी बिंदु माधुरी, सुश्री रेशमा बीराम, श्री ए मंगाबाबू और श्री के रवि कुमार की सराहना करना चाहते हैं। हम आईआईटी कानपुर के डॉ प्रभात कुमार द्विवेदी के सफल सहयोग को स्वीकार करते हैं।
Alloys | Local goldsmith | N/A | 99% pure |
Axicon | Thorlabs | N/A | 100, IR range, AR coated, AX1210-B |
Ethanol | Supelco, India | CAS No. 64-17-5 | |
Femtosecond laser | femtosecond (fs) laser amplifier Libra HE, Coherent | N/A | Pulse duraction 50 fs; wavelenngth 800 nm; Rep rate 1 KHz; Pulse Energy: 4 mJ |
FESEM | Carl ZEISS, Ultra 55 | N/A | |
Gatan DM3 | www.gatan.com | Gatan Microscopy Suite 3.x | |
Gold target | Sigma-Aldrich, India | 99% pure | |
HAuCl4.3H2O | Sigma-Aldrich, India | CAS No. 16961-25-4 | |
High resolution translational stages | Newport SPECTRA PHYSICS GMBI | N/A | M-443 High-Performance Low-Profile Ball Bearing Linear Stage; The stage is only 1 inch high, and has 2 inches of travel. |
Micro Raman | Horiba LabRAM | N/A | Grating-1,800 and 600 grooves/mm; Wavelength of excitation-785 nm,632 nm, 532 nm, 325 nm; Objectives 10x, 20x, 50 x, 100x; CCD detector |
Mirrors | Edmund Optics | N/A | Suitable mirrors for specific wavelength of laser |
Motion controller | NEWPORT SPECTRA PIYSICS GMBI | N/A | ESP300 Controller-3 axes control |
Origin | www.originlab.com | Origin 2018 | |
Picosecond laser | EKSPLA 2251 | N/A | Pulse duraction 30ps; wavelenngth 1064 nm, 532 nm, 355 nm; Rep rate 10 Hz; Pulse Energy: 1.5 to 30 mJ |
Planoconvex lens | N/A | focal length 10 cm | |
Raman portable | i-Raman plus, B&W Tek, USA | N/A | 785 nm, ~ 100 µm laser spot fiber optic probe excitation and collection |
Silicon wafer | Macwin India Ltd. | 1–10 Ω-cm, p (100)-type | |
Silver salt (AgNO3) | Finar, India | CAS No. 7783-90-6 | |
Silver target | Sigma-Aldrich, India | CAS NO 7440-22-4 | 99% pure |
TEM | Tecnai TEM | N/A | |
TEM grids | Sigma-Aldrich, India | TEM-CF200CU | Copper Grid Carbon Coated 200 mesh |
Thiram | Sigma-Aldrich, India | CAS No. 137-26-8 | |
UV | Jasco V-670 | N/A | |
XRD | Bruker D8 advance | N/A |