Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Ida Schilling

Nanocząsteczki węglowe wytwarzane w procesie ablacji laserowej


Carbon nanoparticles manufactured by laser ablation process


Opiekun pracy dyplomowej: dr hab. Mariusz Dudek prof. ucz.
Praca dyplomowa inżynierska obroniona 2019-02-14
Streszczenie pracy dyplomowej:
Celem niniejszej pracy inżynierskiej było wytworzenie nanocząstek węglowych w procesie ablacji laserowej, a następnie charakterystyka ich właściwości fizykochemicznych. Do wytworzenia nanocząstek użyto lasera pulsacyjnego G3 SPI o maksymalnej mocy 20 W, głowicy skanującej Nutfield oraz soczewki F-Theta 163 mm. Sam proces wytwarzania był dość skomplikowany, ze względu na ustawienie właściwej ostrości oraz przygotowanie próbki grafitu z której nanocząstki były uwalanie w procesie ablacji do otaczającej jej wody dejonizowanej. Po wstępnych procesach oraz w oparciu o literaturę zostały wybrane parametry procesu takie jak częstotliwość, długość impulsu, szybkość i siatka skanowania. Nanocząstki zostały wytworzone przy użyciu różnych wartości średniej mocy lasera: 4,2 W, 4,9 W, 5,6 W, 6,4 W i 7,5 W. W rezultacie otrzymano pięć różnych koloidów które zostały zbadane przy użyciu Spektroskopii Ramana oraz Dynamicznego Rozprzestrzeniania Światła. Spektroskopia Ramana wykazała obecność grafitu we wszystkich koloidach, jak i nieuporządkowanego węgla. W oparciu o wynik dekonwolucji otrzymanych widm obliczono wartość stosunku intensywności piku D do piku G i stwierdzono, że wzrasta ona wraz ze wzrostem użytej średniej mocy lasera. Takie zachowanie sugeruje zmniejszenie zawartości wiązań sp3 w nanocząstkach wraz ze wzrastającą mocą lasera użytą podczas procesu wytwarzania poszczególnych koloidów. Pomiary Dynamicznego Rozprzestrzeniania Światła wykazały, że dla trzech wartości mocy lasera (4,9 W, 5,6 W, 6,4 W) uzyskane cząstki mają średnią średnicę w zakresie od 10 nm do 30 nm, a zatem wymaganą do uznania ich za nanocząstki. W przypadku pozostałych dwóch procesów, średnice są za duże aby móc je zakwalifikować do nanocząstek. Otrzymane wyniki badań w połączeniu z analizą literatury pozwalają stwierdzić, że możliwe jest zastosowanie wytworzonych nanocząstek węglowych w aplikacjach medycznych. Słowa kluczowe: nanocząstki węglowe, ablacja laserowa, moc lasera, Spektroskopia Ramana, Dynamiczne Rozprzestrzenianie Światła
Abstract:
The aim of this Bachelor thesis was to manufacture carbon nanoparticles (CNPs) by laser ablation process and characterise their physicochemical properties. The experimental setup consisted of G3 SPI pulsed laser system of the maximum power 20W, Nutfield lightning scanner and Linos F-Theta 163 mm focusing lens. The process itself was quite complicated, as the preparation part involved setting the right focus and preparing the graphite sample which was used to release nanoparticles to the surrounding deionised water in the ablation process. After preliminary processes, parameters such as the frequency, the pulse duration, scanning speed and scanning region were chosen based on literature. Nanoparticles were created with values of the average laser power 4.2 W, 4.9 W, 5.6 W, 6.4 W, 7.5 W. As a result, five different colloids were produced and examined by Raman Spectroscopy and Dynamic Light Scattering (DLS). Raman Spectroscopy showed presence of graphite in all colloids, with some disordered carbon. Based on the result of the deconvolution of obtained spectra, the ratio of the intensity of the D peak to the G peak was calculated and it was stated that it increases along with the increase of the average used laser power. Such behaviour implies the decrease of sp3 bonds percentage along with the increase of the power used for creating particular colloids. DLS measurements of colloids showed that in three processes (laser powers of 4.9 W, 5.6 W, 6.4 W) nanoparticles of the mean diameter between 10 nm and 30 nm were obtained (necessary to be considered nanoparticles), while in the other two processes the size of particles was too large to be qualified as nanoparticles. Obtained results combined with the analysis of literature allow to state that it is possible to use obtained carbon nanoparticles in medical applications. Keywords: carbon nanoparticles, laser ablation, Raman Spectroscopy, Dynamic Light Scattering, laser power