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Tunable Raman spectroscopy of single-chirality (n,m) carbon nanotubes
Eva Gabriela Röck
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Thomas Pichler
DOI
10.25365/thesis.79211
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12062.30110.359164-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In der vorliegenden Masterarbeit wird die monochirale (n,m) Anreicherung von
einwandigen Kohlenstoff Nanoröhren (SWCNT, engl. single walled carbon nanotubes) unter Verwendung von Raman Streumethoden betrachtet. Im ersten
theoretischen Teil werden nicht nur die Grundlagen zu Material und Methode erklärt, sondern auch auf die Interpretation der experimentellen Resultate
vorbereitet. Wichtig dabei ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen
dem Aufbau von SWCNT und ihrer elektronischen Bandstruktur. Der experimentelle Teil der Arbeit geht auf die angewandte Probenherstellung und den
Messaufbau ein. Proben von sortierter Chiralität mit den charakteristischen
Indizes (6,5), (8,3), (8,6), (9,1), (9,2), (9,4), (9, 5), (10,0), (10,3) und (M) -
(6,5) in wässriger Lösung wurden auf Si-Substrate eingetropft. Eine zweite
Serie an Lösung wurde in Kapillaren versiegelt und im flüssigen Zustand untersucht. Es wird ein Vergleich der radialen Atmungsmode (RBM, engl. radial
breathing mode) Position für beide Präparationsmethoden vorgestellt, um eine
Frequenzverschiebung durch Einflüsse aus der Umgebung oder durch Clusterbildung auszuschließen. Das verwendete Raman Spektrometer bietet sieben anregende Laserwellenlängen im Bereich von 458nm bis 647nm. Darüber hinaus
werden Fourier Transformation (FT) Raman Spektren und eine Messreihe im
Infrarot-Bereich ergänzt. Die Analyse vergleicht die experimentell bestimmte
Resonanz mit den in der Literatur angegebenen erwarteten E22 Übergangsenergien und diskutiert die Qualität der Anreicherung. Dafür werden die resonanten Atmungsmoden (RBM, engl. radial breathing mode) Intensitäten, die
einem Röhrenkandidaten zugeordnet sind, für die zehn Proben gegenüber gestellt. Besonders interessant sind dabei die spektralen Eigenschaften des (M)-
(6,5) Typs als optisches Isomer (Spiegelbild) von (6,5). Raman Streuung kann
den Freiheitsgrad für Händigkeit und Stereochemie nicht auseinanderhalten, da
die elektronische Bandstruktur für diese Enantiomere identisch ist. Die resultierenden Spektren sollten daher deckungsgleich sein. Für dieses Paar mit linker
(Vorsilbe M- für Minus) und rechter Helizität wird ein Raman Resonanzprofil in der Nähe des E22 Übergangs mit einem Farbstofflasersystem in Schritten
von 2nm erstellt. Es treten nur Intensitätsunterschiede auf, was höchstwahrscheinlich auf unterschiedlichen Konzentrationen beruht. Ziel dieser Arbeit ist
es, einen Beitrag zum Verständnis der elektronischen Eigenschaften von strukturangereicherten Proben aus SWCNT mittels Raman Spektroskopie zu leisten.
Abstract
(Englisch)
Aim of this thesis is to contribute to the understanding of the electronic properties of structure-enriched specimen of single walled carbon nanotubes (SWCNT) by Raman scattering methods. The experimental investigation of ten
single-chirality (n,m) probes of SWCNT via tunable Raman spectroscopy and
Fourier transform (FT) Raman is concluded. Firstly, the thesis describes the
relevant background regarding the materials, as well as the method. This paths
the way for the interpretation of modes corresponding to SWCNT properties.
Samples of single-chirality SWCNT with the characteristic indices (6,5), (8,3),
(8,6), (9,1), (9,2), (9,4), (9,5), (10,0), (10,3) and (M)-(6,5) were fabricated using
gel-chromatography by the group of Kataura et al. The samples in aqueous
solution are sealed in 2µl capillaries and also dropcasted on Si-wavers for the
measurements. Seven laser wavelengths in the range from 458nm to 647nm are
used to excite, approaching the E22 transition energy. The results are complemented by FT Raman and a further Raman system that operates in the infrared
at 785nm. The chosen analysis strategy, compares the experimental resonance
with the expected transition energies reported in literature. The dominant radial
breathing mode (RBM) is assigned to the enriched tube type. The diameters
obtained from the experimental RBM frequency deviates from the reported values by 4% on average. A comparison of the RBM position for both preparation
methods is introduced, to exclude a frequency shift from environmental effects.
The dropcasted samples are found a convenient alternative to the liquids. They
provide easier handling and focusing, a known reference from the Si background
and higher total signal. Furthermore, the enrichment in the single-chirality sorted specimen is discussed. Therefore, the relative RBM intensity related to a
enriched (n,m) is compared between the ten probes. Also the RBM composition of the ten chiralities is presented for each specimen. Highlighted are the
spectral properties of the (M)-(6,5) nanotube as an optical isomer of the (6,5).
The degree of freedom for handedness and stereochemistry cannot be elucidated using Raman, as the electronic structure for these enantiomers is identical.
Therefore, the resulting spectra are expected to be congruent. Raman excitation profiles (REP) for this pair reveal that only intensity differences occur,
which most probably is based on concentration. The REP are produced in steps
of 2nm using an advanced dye laser system. The excitation window from 564nm
to 578nm is limited by the emission spectrum of the radiant dye.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Raman spectrocopy nanotechnology low-dimensional semiconductor carbon nanotubes post-synthesis selection chirality composition radial breathing mode
Schlagwörter
(Deutsch)
Raman Spektroskopie Kohlenstoffnanoröhren Nanotechnologie Chiralitätsverteilung Radiale Atmungsmode niedrigdimensionale Halbleiter
Autor*innen
Eva Gabriela Röck
Haupttitel (Englisch)
Tunable Raman spectroscopy of single-chirality (n,m) carbon nanotubes
Paralleltitel (Deutsch)
Raman Spektroskopie von monochiralen (n,m) Kohlenstoffnanoröhren
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
v, 54, A7 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Pichler
AC Nummer
AC16158290
Utheses ID
57009
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |