Development of a static fourier transform spectrometer and real-time substrates for surface enhanced raman scattering
Statik fourier dönüşüm spektrometresi ve gerçek zamanda yüzey geliştirilmiş raman saçılması substratı geliştirilmesi
- Tez No: 478289
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MERİÇ ÖZCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Kimya, Science and Technology, Electrical and Electronics Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 138
Özet
Bu tezin ilk bölümünde, optik tayfın çok dar bantlara bölünmesine dayanan geniş bant statik-Fourier dönüşüm spektrometre (statik-FTS) kurulumu önerilmiş ve bu özgün kurulum statik-FTS ile dağıtıcı (dispersiv) elemanlar birleştirilerek gerçekleştirilmiştir. Geniş bantı giriş tayfını dar bantlı sinyallere bölebilmek için bant geçiren örnekleme teoremi kullanılmıştır. Bu teorem, ornekleme frekansını azalttığı (veya FTS konseptinde tarama adımını arttırdığı) bilinmektedir. Dağıtıcı parça, girdi spektrumunu yatay yonde dağıtmak ve giriş sinyalini çoklu dar bant sinyallere bolmek için bir çift kırınım ızgara yapısı içerir. Statik-FTS ise dikey doğrultuda farklı yol uzunluğu farkları oluşturmak için Michelson girişimolçer içerir. Statik Michelson girişimolçeri; ışın ayırıcı (beam splitter), bir ayna ve merdiven aynasından (staircase mirror) oluşur. Ancak, gerçek kurulumda merdiven aynası yerine Littrow kurulumundaki kırınım ızgarası kullanılmış ve bu durum prototip cihazın toplam maliyetini düşürmüştür. Oluşturulan girişim eğrilerini kaydetmek için statik-FTS parçasının çıkış portuna CCD kamera yerleştirilmiştir. Bant geçiren ornekleme teoremine dayanan özgün kurulum, spektrometrenin boyutunu düşürmekle kalmaz aynı zamanda geleneksel spektrometre dalga boyu aralığında (400 nm - 1100 nm) ve daha iyi çözünürlükte çalışmayı sağlar. Bu teknik, Nyquist ornekleme hız problemini çözer ve normal CCD' lerle yüksek çözünürlüklü tay arın kaydedilmesini sağlar.Önerilen kurulum ve yöntem, çözünürlük ve bant genşliği arasındaki sorunu cozmekte ve aynı zamanda nanometre büyüklüğündeki ayna ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır. Kaydedilen sinyali işlemek ve CCD kamera ile kaydedilen girişim eğrilerinin Fourier dönüşümü hesaplamak için bir algoritma gelistirilmistir. Ikinci bölümde, bakır (Cu) elektrotlarında elektroliz yoluyla oluşturulan ve gerçek zamanlı aktif alt madde (substrate) olan bakır oksit (CuO) nanoparçacıklarn yüzey gerilimli Raman saçılımı (SERS) için kabiliyeti araştırılmıştır. Sadece elektrolit olarak saf su ve bakır elektrotlar kullanıldığında, anot yüzeyinde bakır oksit nanoparçacıkların bir kaç dakika içerisinde oluştuğu deneysel olarak gözlemlenmiştir. Anot üzerindeki ortalama parçacık boyutu doksan saniye içinde 100 nm' ye ulaşır ve beş dakikada yaklaşık 300 nm' ye kadar büyür. Nanoparçacıklar oluştukça ve Raman sinyallerinin azami iyileştirme faktörü (EF) 105 kattan fazla oldukça; bu anot SERS deneylerinde gerçek zamanlı olarak kullanılır. Pirinç, çinko (Zn), gümüş (Ag) ve alüminyumdan (Al) yapılmış diğer metal elektrotlar, potansiyel anot malzemesi olarak ve gerçek zamanlı SERS uygulamaları için test edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen iyileştirme faktörleri, bakır gibi pirinç elektrotlar için 105 kat büyüklüğünde olduğu gözlemlenmiş, ancak diğer metaller için herhangi bir iyileşme gözlenmemiştir. Elektron mikroskop görüntülerinde bakır ve pirinç elektrotlaın üzerlerinde kübik nanoparçacık oluşumunu gözlenmiş ancak diğer metallerin hiçbirinde buna benzer bir durum gözlenmemiştir. Elektrotların standart elektrot potansiyeli, nanopaçcacıkların üretiminde önemli bir rol oynamaktadır. Önerilen yöntem, mevcut SERS alt maddelerine kıyasla bazı onemli avantajlara sahiptir. Bunlar; gerçek zamanlı SERS alt maddesi olması ile çok hızlı, basit ve düşük maliyetli bir teknik olmasıdır. Dahası, parçacık boyutu zamanın bir fonksiyonu olarak arttıkça (bu durum plazmon rezonans dalga boylarının da arttığına işaret eder) alt madde dalga boyu ile ayarlanabilir. Bu teknikte, sadece iyondan arındırılmış veya damıtılmış su yeterli olduğu için nanoparçacık üretiminde kullanılan ve metal iyonları içeren elektrolite ihtiyaç duyulmaz. Bu, SERS ölçümleri için önemli bir noktadır; çünkü elektrolit sadece sudur ve böylece tayfa fazladan bir arka plan gürültüsü eklenmez. Bu teknik, aynı zamanda, SERS iyileştirmesi için geniş etkili bir alan hazırlanması saglar. Anot uzerindeki akım dağlımı tek biçimli (uniform) olduğu sürece, nanoparçacık dağılımı oldukçca homojen bir dağılıma sahip olacaktır. Homojen nanoparçacık dağıtımı, uretilen alt katman uzerinde tek biçimli bir iyileştirme faktörü anlamına gelir.
Özet (Çeviri)
In the rst part of this thesis a novel broadband static Fourier transform spectrometer (static-FTS) con guration based on the division of the optical spectrum into multiple narrow-bands is proposed and implemented by combining a static-FTS and dispersive elements. Dividing the broadband input spectrum into narrow-band signals we have used the band-pass sampling theorem to reduce the sampling frequency (or increase the scanning step in the FTS concept). The dispersive part includes a double di raction grating structure to disperse the input spectrum in horizontal direction (to divide the input light into multiple narrow-band signals) and the static-FTS part includes a static Michelson interferometer to make di erent path length di erences (PLD) in the vertical direction. The static Michelson interferometer is composed of a beam-splitter (BS), a at mirror and a stair-case mirror. However, in actual setup a di raction grating in Littrow con guration is used to realize the stair-case mirror. Using o -shelf di raction gratings as the stair-case mirror decreases the total cost of the prototyped device. A CCD camera is used at the exit port of the static-FTS part, to record the formed interferograms. The proposed novel con guration based on band-pass sampling theorem not only decreases the spectrometer size but also allows operation in the traditional spectrometer wavelength range, namely 400 nm - 1100 nm with better resolution. This technique solves the Nyquist sampling rate issue and enables recording high resolution spectrums with regular CCDs. The proposed con guration and the method, in fact, solve the trade of between resolution and bandwidth, and also eliminate the need for nanometer step size mirrors. An algorithm is developed to process the recorded signal and calculate the Fourier transform of the recorded interferograms on the CCD camera. In the second part, we have shown the capability of copper oxide (CuO) nanoparticles formed on copper (Cu) electrodes by the electrolysis as a real time active substrate for surface enhanced Raman scattering (SERS). We have experimentally found that using just the ultra pure water as the electrolyte and the Cu electrodes, ions are extracted from the copper anode form copper oxide nanoparticles on the anode surface in matter of minutes. Average particle size on the anode reaches to 100nm in ninety seconds and grows to about 300nm in ve minutes. This anode is used in SERS experiments in real time as the nanoparticles were forming and the maximum enhancement factor (EF) of Raman signals were over ve orders of magnitude. Other metal electrodes made of brass, zinc (Zn), silver (Ag) and aluminum (Al) also tested as candidate anode materials for their potential as real-time substrates for SERS applications. Experimentally obtained enhancement factors were above ve orders of magnitude for brass electrodes like the copper but for the other metals no enhancement is observed. Electron microscope images show the cubic nanoparticle formation on copper and brass electrodes but none in the other metals studied. The standard electrode potential of the electrodes plays the key role in production of the nanoparticles. The proposed method has some key advantages over existing SERS substrates: its not only a real time SERS substrate but also is a very fast, simple and a low cost technique. Furthermore this substrate is tunable in wavelength -albeit only irreversibly and in one direction- as the particle size is increasing as a function of time which implies that plasmon resonance wavelengths are increasing as well. This technique also omits the need for an electrolyte containing the metal ions of interest for the nanoparticle production as just the deionized or distilled water is enough. This is an important point for the SERS measurements because the electrolyte being simply just the water there will not be an extra background noise added to the spectrum. This technique also allows preparation of a large e ective area for SERS enhancement, virtually unlimited area. As long as the current distribution over the anode is uniform which is a trivial arrangement, nanoparticle distribution will have quite homogeneous distribution. The homogeneous nanoparticle distribution means a uniform enhancement factor on the produced substrate.
Benzer Tezler
- Albumin uzaklaştırılması için selüloz nanofiberler
Affinity depletion of albumin with cellulose nanofibers
EMEL TAMAHKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADİL DENİZLİ
PROF. DR. TÜLİN KUTSAL
- Coordinated multi-point systems for future wireless communication networks
Gelecek nesil kablosuz haberleşme ağlarında koordineli çok noktalı sistemler
MUHAMMAD SOHAIB JAMAL SOLAIJA
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Biyo-reçine esaslı tekstil kompozitlerinin performans özelliklerinin incelenmesi
Investigation of performance characteristics of bio-resin based textile composites
SEMİH ÖZKÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İPEK YALÇIN ENİŞ
- Biyomimetik yöntemle bor katkılı doku iskelelerinin geliştirilmesi ve kemik doku mühendisliğindeki etkinliklerinin araştırılması
Development of boron containing tissue scaffolds by biomimetic method and investigation of their effectiveness in bone tissue engineering
ÖZGE EKİN TUNÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Hand gesture recognition for Turkish sign language using electromyography for human-robot interaction
İnsan-robot etkileşimi için elektromyografi kullanarak Türk işaret dili için el hareketi tanıma
MUSTAFA SEDDIQI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE KÖSE