Karbon əsaslı VYNS nazik film dəstəyi, polivinilxlorid–polivinilasetat kopolimerindən ibarət çox nazik VYNS membranının səthinin elektrik keçirici qrafen və ya karbon nanoboru materialı ilə örtülməsi yolu ilə hazırlanan və aşağı enerjili radioaktiv mənbələrin spektrometrik ölçülməsində keçirici daşıyıcı kimi istifadə olunması nəzərdə tutulan quruluşdur. Bu tədqiqat reduksiya olunmuş qrafen oksidi (reduced graphene oxide, rGO), birbaşa eksfoliasiya olunmuş qrafen (directly exfoliated graphene, deG) və çoxdivarlı karbon nanoboru (multi-walled carbon nanotube, MWCNT) dispersiyalarından hazırlanan karbonla örtülmüş VYNS filmlərini ənənəvi Au–Pd metallizə edilmiş VYNS dəstəyi ilə müqayisə etmişdir.

Tədqiqatın əsas problemi aşağı enerjili elektronların spektrometrik ölçülməsində mənbə dəstəyinin həm çox nazik və aşağı atom nömrəli, həm də kifayət qədər elektrik keçirici olmasının zəruriliyidir. Ənənəvi VYNS dəstəkləri bu məqsədlə Au və ya Au–Pd ilə metallizə edilə bilər; lakin mənbə Au–Pd məhlulunun maya dəyərini və metalləşdirmə zamanı nazik VYNS filmlərinin tez-tez qırılmasını metodun çatışmazlıqları kimi göstərir.

Tədqiqatda qrafen əsaslı materiallar iki fərqli yanaşma üzrə nəzərdən keçirilmişdir. rGO qrafitin oksidləşdirilməsi, qrafen oksidinə çevrilməsi, daha sonra L-askorbin turşusu ilə kimyəvi reduksiya və 400 °C-də Ar atmosferində termal tavlama yolu ilə hazırlanmışdır. deG isə qrafitin maye fazada birbaşa eksfoliasiyası ilə əldə edilən bir neçə laylı qrafen yanaşmasını təmsil edir. Bundan əlavə, asetilenin katalitik parçalanması ilə sintez edilmiş MWCNT-lər sınaqdan keçirilmişdir.

rGO, deG və MWCNT materialları SDBS, Triton X-100 və ya natrium sitrat tərkibli sulu dispersiyalar şəklində hazırlanmış; dispersiyalar VYNS filmlərinin üzərinə spin-coating üsulu ilə örtülmüşdür. Hazırlanmış dəstəklərin üzərinə ⁵⁵Fe məhlulu damızdırılıb buxarlandırılaraq aşağı enerjili radioaktiv mənbələr hazırlanmış və mənbələrin spektrləri %90 arqon–%10 metan qazı ilə 750 kPa təzyiqdə işləyən 4π təzyiqli proporsional sayğacda ölçülmüşdür.

Mənbənin ən mühüm nəticəsi, rGO–Triton X-100 filminin ənənəvi Au–Pd metallizə edilmiş mənbə ilə müqayisə oluna bilən spektral keyfiyyət göstərməsidir. rGO–Triton X-100 spektrində əsas pik yaxşı müəyyən edilmiş, təxminən 3 keV bölgəsindəki arqon qaçış piki isə seçilə bilən və təmiz görünmüşdür. rGO–SDBS və deG–SDBS/deG–Triton X-100 mənbələri də qrafen əsaslı alternativlərin tətbiq oluna bilməsini dəstəkləyən nəticələr vermişdir.

Bunun əksinə olaraq, rGO–natrium sitrat, MWCNT–SDBS və MWCNT–Triton X-100 mənbələrində həddindən artıq nisbi qaçış piki intensivliyi və aşağı enerjili spektral quyruqlar müşahidə edilmişdir. Müəlliflər bu davranışın dəstəyin keçiriciliyinin qeyri-kafi olması ilə əlaqəli ola biləcəyini bildirirlər, lakin bunu birbaşa elektrik keçiriciliyi ölçməsi ilə sübut etmirlər. Buna görə MWCNT dispersiyaları tədqiqatda aşağı enerjili elektronların ölçülməsi üçün radioaktiv mənbə dəstəyi kimi uyğun hesab edilməmişdir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyəti spektral müqayisənin əsasən qrafik şəkildə təqdim edilməsidir. Hər film üçün ayrıca FWHM/enerji ayırdetmə cədvəli, qeyri-müəyyənlik, xəta zolağı və ya statistik təkrar analizi verilməmişdir. Mənbə bütün sınaq mənbələrinin ayırdetməsinin 0,9 keV-dən yüksək olduğunu bildirir, lakin ayrı-ayrı dəqiq dəyərləri cədvəl şəklində təqdim etmir. Eyni şəkildə, maya dəyəri üstünlüyü və film qırılmasını azaltma potensialı kəmiyyət iqtisadi və ya etibarlılıq analizi ilə ölçülməmişdir.

Ətraflı İzah

Radioaktiv mənbə dəstəyi niyə keçirici olmalıdır?

Aşağı enerjili elektron spektrometriyasında radioaktiv nümunə çox nazik daşıyıcının üzərinə yerləşdirilməlidir. Dəstək həddindən artıq qalın və ya yüksək atom nömrəli olduqda yayılan hissəciklərin udulması və səpilməsi arta bilər. Buna görə mənbə dəstəklərində aşağı səth sıxlığı, aşağı orta atom nömrəsi və kifayət qədər mexaniki möhkəmlik tələb olunur.

Elektron yayıldıqda nümunə üzərində elektrik yükü buraxa bilər. Mənbə dəstəyi bu yükü uzaqlaşdıra bilməzsə, nümunənin ətrafındakı elektrik sahəsi dəyişə bilər. Proporsional sayğacda baş verən sonrakı elektron hadisələrinin yaratdığı impulslar bundan təsirlənə və xüsusilə aşağı enerjili elektron spektri pozula bilər.

Buna görə ənənəvi VYNS membranları Au və ya Au–Pd kimi keçirici metallarla örtülür. Mənbə qızılın asan hazırlanması, oksidləşməyə və kimyəvi təsirə davamlı olması və otaq temperaturunda aşağı miqrasiya sürətinə malik olması səbəbilə üstün tutulduğunu izah edir.

Lakin Au–Pd örtüyünün iki praktik çatışmazlığı var: metal məhlulu bahadır və çox nazik VYNS filmləri metalləşdirmə zamanı qırıla bilər. Tədqiqatın karbon örtüyünə yönəlməsinin əsas motivasiyası budur.

Karbon Əsaslı Nazik Film Niyə Radioaktiv Mənbə Dəstəyi Kimi İstifadə Oluna Bilər?

Qrafen və karbon nanoboruları elektrik keçiriciliyi ilə yanaşı, karbonun aşağı atom nömrəsi və nazik film əmələ gətirmə xüsusiyyəti səbəbilə aşağı enerjili radiasiyanın ölçülməsində keçirici mənbə dəstəyi namizədləridir; lakin bu tədqiqatın nəticələri materialın yalnız karbon olmasının kifayət etmədiyini, sulu dispersiyanın sabitliyi, film morfologiyası və səthi-aktiv maddə–karbon qarşılıqlı təsirinin də spektral keyfiyyəti müəyyən etdiyini göstərir.

VYNS nədir?

VYNS, mənbədə polivinilxlorid–polivinilasetat kopolimeri kimi müəyyən edilən və radionuklid mənbələri üçün nazik membran hazırlanmasında geniş istifadə olunan polimer dəstəkdir.

VYNS membranları əsasən paslanmayan polad və ya alüminium halqalara gərilir. Materialın mühüm üstünlüyü çox nazik film əmələ gətirə bilməsidir. Lakin VYNS dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirrolidon (NMP) və dimetilsulfoksid (DMSO) kimi qrafen və karbon nanoboru dispersiyalarında tez-tez istifadə olunan üzvi həlledicilərə davamlı deyil.

Buna görə tədqiqatın mühüm dizayn şərtlərindən biri karbon materiallarını üzvi həlledicilər əvəzinə sulu dispersiyalardan örtə bilmək olmuşdur.

Mənbədaxili vahid qeydi: giriş bölməsində VYNS film qalınlığını/səth sıxlığını izah edən cümlədə bir neçə yüz μg cm⁻² ifadəsinin yanında “5–10 μm cm⁻²” şəklində ölçü baxımından problemli bir vahid yazılmışdır. Tədqiqat bu dəyəri nəticələrin təhlilində istifadə etmədiyi üçün burada dəqiq VYNS qalınlığı kimi yenidən şərh edilməmişdir.

rGO, GO və deG arasındakı fərq nədir?

Qrafen oksidi (GO), qrafitin güclü oksidləşmə ilə laylararası quruluşunun dəyişdirilməsi və oksigen tərkibli funksional qrupların əlavə olunması nəticəsində əldə edilən qrafen törəməsidir. Oksidləşmə qrafit laylarının ayrılmasını asanlaşdırır, lakin qüsurlar və oksigenli qruplar qrafenin ilkin sp² bağlı quruluşunu qismən pozur.

Reduksiya olunmuş qrafen oksidi (rGO), GO üzərindəki oksigenli qrupların kimyəvi və/və ya termal üsullarla böyük ölçüdə uzaqlaşdırılması nəticəsində əldə edilir. Reduksiya qrafitik konyuqasiyanı qismən bərpa edir, lakin onu tam qüsursuz təklaylı qrafenə çevirmir.

deG, mənbədə maye fazada qrafitin birbaşa eksfoliasiyası nəticəsində hazırlanmış bir neçə laylı, daha az qüsurlu qrafen kimi nəzərdən keçirilir. Bu yanaşma yüksək keyfiyyətli qrafen layları təmin edə bilər, lakin mənbə ədəbiyyat kontekstində yaxşı dispersləşmiş təmiz qrafen nanosheet məhsuldarlığının tipik olaraq %2-dən aşağı ola biləcəyini bildirir.

Bu tədqiqatda deG dispersiyaları sonikasiyadan sonra 3000 rpm-də 15 dəqiqə sentrifuqalaşdırılmış, eksfoliasiya olunmamış qrafit çökdürülmüş və bir neçə laylı qrafen lopalarını ehtiva edən üst supernatant istifadə edilmişdir.

Niyə səthi-aktiv maddə lazımdır?

Qrafen və MWCNT kimi karbon materialları olduqca hidrofobdur. Buna görə onların suda öz-özünə uzun müddət homogen şəkildə dispersləşməsi çətindir. Səthi-aktiv maddə molekulları karbon səthinə hidrofob qarşılıqlı təsirlər, π–π qarşılıqlı təsirləri, hidrogen rabitələri və ya elektrostatik qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə adsorbsiya olunaraq hissəciklərin yenidən birləşməsini azalda bilər.

Tədqiqatda iki açıq səthi-aktiv maddə istifadə edilmişdir:

• SDBS: natrium dodesilbenzolsulfonat; ionik səthi-aktiv maddə.
• Triton X-100: qeyri-ionik səthi-aktiv maddə.

Cədvəl 1 həmçinin rGO üçün natrium sitrat tərkibli dispersiya göstərir. Cədvəlin sütunu bunu “surfactant” başlığı altında siyahıya alır. Bununla belə, nəticələr bölməsi rGO–natrium sitrat mənbəsini zəif spektral davranış göstərən qrupa daxil edir və “səthi-aktiv maddənin olmamasının tövsiyə edilmədiyini” bildirir. Buna görə Verianla mətnində natrium sitrat SDBS və Triton X-100 ilə elmi baxımdan eyni sinfə aid olduğu fərz edilmədən “sabitləşdirmə əlavəsi” kimi qeyd olunur.

Əvvəlki tədqiqatdan fərqi nə idi?

Müəlliflərin əvvəlki tədqiqatı rGO əsaslı nazik filmlərin radionuklid mənbə dəstəyi kimi istifadəsini araşdırmışdı. Lakin əvvəlki tədqiqat yalnız rGO-ya yönəlmiş və ən yaxşı nəticə hidroiyod turşusu ilə reduksiya edilmiş rGO ilə əldə olunmuşdu.

Bu tədqiqatda iki çatışmazlıq aradan qaldırılmağa çalışılmışdır:

1. rGO-dan əlavə deG və MWCNT kimi müxtəlif karbon materialları müqayisəyə daxil edilmişdir.
2. Hidroiyod turşusu əvəzinə L-askorbin turşusu və termal tavlamanı ehtiva edən fərqli rGO reduksiya yolu istifadə edilmişdir.

Qrafen oksidi necə sintez edildi?

GO sintezi Tour üsuluna əsaslandırılmışdır. Mənbədə bildirilən proses ardıcıllığı belədir:

1. 3 g qrafit tozu və 18 g KMnO₄ bekerə götürülmüşdür.
2. 400 mL konsentrat H₂SO₄/H₃PO₄ qarışığı 9:1 həcm nisbətində əlavə edilmişdir.
3. Qarışıq 50 °C-də 16 saat qarışdırılmışdır.
4. 400 mL buzlu Milli-Q suyu və 10 mL %30 H₂O₂ əlavə edilərək oksidləşmə dayandırılmışdır.
5. Suspenziya gecə boyu dekantasiya edilmişdir.
6. Qalan bərk maddə süzülmüş və 250 mL %10 v/v HCl ilə, daha sonra supernatantın pH-ı 6–6,5 olana qədər ultra saf su ilə yuyulmuşdur.
7. Qrafit oksidi donduraraq qurutma ilə qurudulmuşdur.

rGO necə hazırlandı?

GO-nun reduksiyasında hidrotermal–kimyəvi birləşmiş üsul istifadə edilmişdir:

1. 300 mg GO, 60 mL ultra saf suda 5 mg mL⁻¹ konsentrasiyada dispersləşdirilmişdir.
2. Qarışıq əvvəlcə ultrasəs vannasında 1 saat saxlanılmışdır.
3. Daha sonra Bandelin Sonoplus HD 2070 ultrasəs zondu ilə əlavə 1 saat sonikasiya edilmişdir.
4. Dispersiya PTFE örtüklü paslanmayan polad avtoklava köçürülmüş və 120 °C-də 24 saat işlənmişdir.
5. Alınan qalığa 6 g L-askorbin turşusu əlavə edilmiş; mənbə bu mərhələdəki L-askorbin turşusu konsentrasiyasını 100 mg mL⁻¹ kimi göstərmişdir.
6. Qarışıq əlavə 48 saat qarışdırılmışdır.
7. Məhsul ultra saf su ilə iki dəfə yuyulmuş və 60 °C-də vakuum altında qurudulmuşdur.
8. Son termal tavlama Ar atmosferində 400 °C-də 24 saat aparılmışdır.
9. rGO əqiq həvəngdəstədə üyüdülmüşdür.

MWCNT necə sintez edildi?

MWCNT sintezində qaz fazasındakı asetilenin katalitik parçalanmasından istifadə edilmişdir. Sistem üfüqi soba və kvars borudan ibarət olmuş və reaksiya zonası 1023 K-də işlədilmişdir.

Dəmir katalizator prekursoru kimi Fe(CO)₅ istifadə edilmişdir. Prekursor məhlulu 0 °C-də saxlanılmış və içindən N₂ qabarcıqlandırılaraq reaksiya zonasına daşınmışdır. N₂ daşıyıcı qaz, H₂ isə metal katalizatoru reduksiya etmək üçün istifadə edilmişdir.

Fe(CO)₅-in termal parçalanması dəmir nanohissəcikləri yaratmış və MWCNT-lər bu hissəciklər üzərində nüvələnib böyümüşdür. Kvars lövhələr reaktorun mərkəzinə yerləşdirilmiş, nanoborular həm bu lövhələrin, həm də kvars reaktor borusunun divarlarının üzərində toplanmışdır.

Yeddi dispersiya necə hazırlanmışdır?

Bütün suspenziyalar zond sonikatorda 2 saat sonikasiya edilmişdir. deG dispersiyalarında əlavə olaraq 3000 rpm-də 15 dəqiqə sentrifuqalama aparılaraq eksfoliasiya olunmamış qrafit çökdürülmüş və bir neçə laylı qrafen ehtiva edən üst maye götürülmüşdür.

Mənbə SDBS, Triton X-100 və natrium sitrat miqdarlarının ədəbiyyatdakı optimal dəyərlərə uyğun əlavə edildiyini bildirir; lakin əsas PDF bu əlavələrin hər bir dispersiyadakı dəqiq konsentrasiyasını təqdim etmir. Buna görə təkrar istehsal baxımından bu parametr mənbə mətnində çatışmır.

VYNS üzərinə karbon film necə örtüldü?

VYNS membranı əvvəlcə ultra saf suyun səthinə VYNS məhlulu damızdırılaraq hazırlanmışdır. Polimer su səthində yayılıb film əmələ gətirdikdən sonra alüminium halqa suya batırılaraq film halqanın üzərinə götürülmüşdür. Halqanın xaricindəki artıq polimer skalpellə kəsilmiş və film otaq temperaturunda və ya infraqırmızı lampa altında qurudulmuşdur.

Karbon örtüyündə alüminium halqalar polietilen tereftalat (PET) təbəqəsi üzərinə yerləşdirilib Kapton lentlə sabitlənmiş və CONVAC 1001 spin coater-in vakuumu ilə tutulmuşdur.

Hər VYNS filmə 1 mL karbon dispersiyası tətbiq edilmişdir. Spin proqramı üç mərhələdən ibarətdir:

Müəlliflər bu proqramın VYNS membranını qırmadan səthin örtülməsini təmin etdiyini bildirirlər.

Materiallar necə xarakterizə edildi?

Mühüm metod fərqi: SEM müayinəsindən əvvəl nümunələrin səthi BALTEC/Leica EM ACE600 cihazı ilə nazik qızıl örtüklə metallizə edilmişdir. Bu qızıl örtük yalnız SEM nümunəsinin hazırlanması üçündür. Spektral nəzarətdə istifadə olunan ənənəvi Au–Pd örtüklü VYNS radioaktiv mənbə ilə eyni eksperimental proses deyil.

XRD GO və rGO çevrilməsini necə göstərdi?

GO üçün XRD-də \(2\theta=10{,}62^\circ\) ətrafında (001) piki müşahidə edilmişdir. Mənbə bunu qrafitik quruluşun oksidləşməsi və karbonil, karboksil, epoksid və hidroksil kimi oksigenli funksional qrupların əmələ gəlməsi ilə əlaqələndirir.

Kimyəvi və termal reduksiyadan sonra rGO-nun (001) zolağı yox olmuş, təxminən \(2\theta=25{,}80^\circ\) ətrafında qrafitə bənzər, lakin geniş pik müşahidə edilmişdir. Mənbə bu dəyişikliyi oksigenli qrupların əhəmiyyətli dərəcədə uzaqlaşdırılması və qrafitik kristal nizamın qismən yenidən qurulması ilə şərh edir.

Pikin geniş olması yüksək eksfoliasiya dərəcəsi və nazik, bir neçə laylı qrafen quruluşu ilə əlaqələndirilmişdir. Bununla yanaşı, rGO-nun laylararası məsafəsinin nəzəri qrafit dəyərindən hələ də böyük olması qalıq oksigen qruplarının və struktur qüsurlarının tam aradan qalxmadığı ilə əlaqələndirilmişdir.

MWCNT XRD nəticəsi və Scherrer tənliyi

MWCNT nümunəsində mənbə 26,45° və 44,57° piklərini CNT quruluşuna xas kimi müəyyən edir. Həmçinin 38,30°, 44,57°, 64,78°, 71,80° və 77,90° piklərini sintezdə istifadə olunan katalizator növləri ilə əlaqələndirir.

Mənbədaxili üst-üstə düşmə qeydi: 44,57° dəyəri mətndə həm CNT-yə xas piklər, həm də katalizatorla əlaqəli piklər arasında siyahıya alınır. Mənbə bu pikin iki töhfəsini ayrıca pik dekonvolyusiyası ilə ayırmır; buna görə burada vahid mənşəyə aid edilməmişdir.

Kristallit ölçüsü Scherrer Tənliyi (1) istifadə edilərək hesablanmışdır:

\[ D_p= \frac{0.94\lambda} {\beta_{1/2}\cos\theta'} \]

Formula nəyi hesablayır? X-şüası difraksiya pikinin enindən xarakterik kristallit ölçüsünün təxmini dəyərini hesablamaq üçün istifadə olunur.

• \(D_p\): hesablanmış kristallit ölçüsü.
• \(\lambda\): istifadə olunan X-şüası dalğa uzunluğu; bu təcrübədə Cu-Kα üçün 0,15406 nm.
• \(\beta_{1/2}\): difraksiya pikinin enini təmsil edən termin.
• \(\theta'\): müvafiq difraksiya bucağı termini.
• 0,94: mənbə tənliyində istifadə olunan forma əmsalıdır.

Mənbə MWCNT üçün \(D_p=39{,}49\) nm kristallit ölçüsü və 0,6661 qəfəs deformasiyası bildirir. Mənbə qəfəs deformasiyasını hesablamaq üçün ayrıca tənlik vermədiyindən Verianla versiyasında əlavə deformasiya formulu yaradılmamışdır.

FTIR GO-nun reduksiyasını necə dəstəklədi?

Bu oksigenli funksional qrup zolaqlarının qrafitdə olmaması Tour oksidləşməsi ilə qrafit səthinə oksigen tərkibli qrupların əlavə olunduğunu dəstəkləmişdir.

rGO spektrində 1056, 1232, 1749 və 3251 cm⁻¹ zolaqlarının yox olması və ya böyük ölçüdə azalması L-askorbin turşusu və ardınca aparılan termal tavlamanın oksigenli qrupları əhəmiyyətli dərəcədə uzaqlaşdırdığını göstərir.

Mənbə rGO spektrinin qrafitə daha çox bənzəməsini elektron konyuqasiyanın qismən bərpası kimi şərh edir.

SEM görüntüləri nə göstərdi?

Mənbə Şəkil 4-də real material mikroquruluşlarını göstərir. Bunlar eksperimental sübut xarakterli raster SEM görüntüləri olduğundan Verianla versiyasında süni SEM görüntüsü yaradılmamışdır.

Qrafit nizamlı və laylı lövhə morfologiyası göstərmişdir. GO oksidləşmədən sonra təsadüfi şəkildə toplanmış, nazik və qırışmış yarpaq görünüşünə çevrilmişdir. rGO nanosheet-ləri isə qırışmış, dalğalı və bir-birinə dolaşmış laylar şəklində müşahidə edilmişdir.

MWCNT nümunəsində nanoboruların dəstələr şəklində sıx birləşmədiyi və daha nizamlı lifli quruluş göstərdiyi bildirilmişdir. Görüntülərdəki parlaq nöqtələr mənbə tərəfindən MWCNT sintezində istifadə olunan Fe(CO)₅ katalizatorundan qalan Fe növləri ilə əlaqələndirilmişdir.

Örtülmüş filmlərin SEM görüntüləri nə göstərdi?

Şəkil 5 yeddi dispersiyadan hazırlanmış nazik filmlərin SEM görüntülərini müqayisə edir.

Dispersiya 1 olan rGO–SDBS və dispersiya 3 olan rGO–natrium sitrat filmlərində sıx, homogen və dalğalı qrafen lopaları müşahidə edilmişdir.

rGO–Triton X-100 ilə deG–SDBS və deG–Triton X-100 filmlərində isə bir-birinin üzərinə düşən qrafen nanoplateletlərinin daha aydın seçildiyi lopalı mikroquruluş müşahidə edilmişdir.

MWCNT–SDBS və MWCNT–Triton X-100 filmlərində karbon nanoboru materialı səthi-aktiv maddə matrisi içində yerləşmiş görünür. Az sayda MWCNT-nin aydın seçilə bilməsi səbəbilə mənbə uzun sonikasiya prosesinin MWCNT quruluşunu əhəmiyyətli dərəcədə pozduğunu şərh edir.

Bu şərh birbaşa mexaniki qırılma uzunluğu ölçməsinə deyil, SEM morfologiyasına əsaslanır; buna görə “sonikasiya nanoboruları dəqiq bu ölçüyə qədər qırdı” şəklində kəmiyyət nəticəsi çıxarıla bilməz.

Tyndall effekti niyə araşdırıldı?

Tyndall effekti, kolloid hissəciklərin işığı səpməsi nəticəsində lazer işıq yolunun dispersiya daxilində görünən hala gəlməsidir. Tədqiqat bu effektdən sulu karbon dispersiyalarının kolloid xarakterini keyfiyyətcə qiymətləndirmək üçün istifadə etmişdir.

650 nm lazer işığı optik X-cube RGB prizmasından keçirilib 10 mm optik yol uzunluğuna malik kvars küvetə yönəldilmişdir. Görüntülər böyütmə linzaları ilə qeydə alınmışdır.

Mənbə xüsusilə durulaşdırılmış rGO dispersiyaları 1, 2 və 3-ün Tyndall effekti verdiyini və bu müşahidənin onların kolloid xarakterini dəstəklədiyini bildirir. Bu üç rGO dispersiyasında daha geniş işıq səpilməsi müşahidə edilmişdir.

55Fe Spektrindəki Qaçış Piki Nə Deməkdir?

Bu tədqiqatdakı təxminən 3 keV-lik aşağı enerjili qaçış piki 55Fe mənbəsinin ayrıca əsas parçalanma piki deyil; mənbə bunu proporsional sayğacın arqon qazında yaranan X-şüalarının aşkarlama həcmindən qaçması nəticəsində ölçülən enerjinin əskik qalması ilə yaranan detector escape xüsusiyyəti kimi izah edir.

55Fe niyə uyğun sınaq radionuklididir?

⁵⁵Fe aşağı enerji bölgəsində istinad radionuklidi kimi istifadə olunan elektron tutma radionuklididir. Mənbə, ⁵⁵Fe-nin elektron tutması ilə əsasən ⁵⁵Mn-ın əsas vəziyyətinə parçalandığını bildirir.

Yaranan atom boşluqlarının relaksasiyası zamanı təxminən:

• 5,9 keV Kα X-şüası, %25,02 ehtimalla,
• 6,5 keV Kβ X-şüası, %3,4 ehtimalla,
• 4,9–6,5 keV intervalında Auger elektronları, ümumilikdə təxminən %60 ehtimalla

şüalanır.

Buna görə ⁵⁵Fe mənbəsi, xüsusilə 5–6,5 keV aşağı enerji bölgəsində mənbə dəstəyinin spektral keyfiyyəti pozub-pozmadığını sınaqdan keçirmək üçün uyğundur.

Əsas spektral pik niyə tək kəskin xətt deyil?

Mənbə əsas piklərin əksəriyyətinin təxminən Qauss formasında olduğunu, lakin sağ tərəflərinin bir qədər daha az dik olduğunu bildirir. Bunun səbəbi kimi Kβ töhfəsinin Kα-ya çox yaxın olması və qazla doldurulmuş detektorda bu iki töhfənin tam ayrıla bilməməsi göstərilir.

Əsas pik eyni zamanda 5–6,5 keV intervalındakı aşağı enerjili elektronların və fotonların töhfəsini ehtiva edir.

Dəstəyin keçiriciliyi spektrə necə təsir edir?

Dəstək kifayət qədər keçirici deyilsə, elektron emissiyasından sonra nümunə üzərində yük toplana bilər. Bu yük yığılması detektor ətrafındakı yerli elektrik sahəsini dəyişdirərək bəzi impulsların daha aşağı amplituda ilə ölçülməsinə və aşağı enerjili quyruqların yaranmasına töhfə verə bilər.

Tədqiqatdakı bütün karbon filmlərində əsas pikin görünməsi və qaçış pikindən ayrılması dəstəklərin ən azı aşağı enerjili elektronların aşkarlanmasına imkan verəcək səviyyədə keçirici davrandığını göstərir.

Bununla belə, rGO–natrium sitrat və iki MWCNT mənbəsində həddindən artıq nisbi qaçış piki intensivliyi və aşağı enerji quyruqları müşahidə edilmişdir. Müəlliflər bunun dəstəyin qeyri-kafi keçiriciliyi ilə əlaqəli ola biləcəyini bildirirlər. “Ola bilər” sərhədi vacibdir; tədqiqatda film sheet resistance və ya dörd-nöqtə probu ilə birbaşa keçiricilik ölçməsi təqdim olunmamışdır.

rGO–Triton X-100 Niyə Ən Uğurlu Kombinasiya Kimi Qiymətləndirildi?

rGO–Triton X-100 Au–Pd metallizə edilmiş nəzarət mənbəsinə bənzər enerji ayırdetməsi verərkən əsas piki təxminən 3 keV-lik qaçış pikindən təmiz şəkildə ayırdığı üçün tədqiqatın ən uğurlu karbon əsaslı dəstəyi kimi seçilmişdir; müəlliflər bu davranışı rGO-dakı qalıq oksigenli bölgələrin Triton kimi səthi-aktiv maddələrlə qarşılıqlı təsiri və bunun film əmələ gəlməsini yaxşılaşdıra biləcək struktur heterogenliyi ilə əlaqələndirirlər, lakin bu mexanizm birbaşa səth kimyası–keçiricilik təcrübələri ilə sübut edilməmişdir.

rGO-nun qalıq oksigen qrupları niyə vacib ola bilər?

rGO tam qüsursuz qrafen deyil. Mənbə bir neçə nanometrlik daha təmiz qrafen bölgələrinin və daha çox oksidləşmiş bölgələrin eyni rGO quruluşunda birlikdə mövcud ola biləcəyini izah edir.

Hidroksil və epoksid kimi qalıq oksigen qrupları səthi-aktiv maddə molekulları ilə qarşılıqlı təsiri artıra bilər. Müəlliflər rGO filmlərinin daha yaxşı spektral performansını bu səth kimyası ilə əlaqələndirirlər.

Lakin tədqiqat bu izahı birbaşa spektroskopik rabitə enerjisi, səthi-aktiv maddə adsorbsiya izotermi və ya elektrik sheet-resistance ölçməsi ilə sınaqdan keçirməmişdir. Buna görə mexanizm mənbə müəlliflərinin dəstəkləyici şərhidir.

Hansı filmlər müqayisə edilə bilən nəticə verdi?

Cədvəl keyfiyyət xarakterli mənbə xülasəsidir. Şəkil 7-dəki spektral əyrilərdən yeni FWHM dəyərləri, pik sahələri və ya sayım nisbətləri hesablanmamışdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Eksperimental dizaynın məntiqi

Tədqiqatın eksperimental müqayisə məntiqi dörd mərhələdən ibarətdir:

1. Müxtəlif karbon materiallarını və sulu dispersiya şəraitini hazırlamaq.
2. Bu dispersiyaları eyni əsas VYNS nazik film yanaşması ilə örtmək.
3. Eyni radionuklid olan ⁵⁵Fe-ni bu dəstəklər üzərində mənbə halına gətirmək.
4. Spektrləri ənənəvi Au–Pd metallizə edilmiş VYNS nəzarəti ilə eyni detektor yanaşmasında müqayisə etmək.

Bu dizayn karbon materialı/dispersiya yanaşmasının mənbə spektrinə təsirini qiymətləndirməyə yönəlib. Bununla belə, mənbə hər film tipindən neçə müstəqil təkrarın hazırlandığını, təkrarlana bilmənin standart sapmalarını və ya formal statistik testləri təqdim etmir.

Radioaktiv mənbə necə hazırlandı?

Cədvəl 1-dəki sulu dispersiyalarla örtülmüş VYNS filmlərinin hər biri radioaktiv mənbə dəstəyi kimi istifadə edilmişdir. ⁵⁵Fe məhlulu dəstək üzərinə kəmiyyət damcı çökdürmə üsulu ilə tətbiq edilmiş və sadə buxarlandırma ilə qurudulmuşdur.

Mənbə əsas PDF-də ⁵⁵Fe damcısının həcmini, aktivliyini Bq ilə və ya ümumi ⁵⁵Fe kütləsini bildirmir. Bu parametrlər Verianla versiyasında təxmin edilməmişdir.

4π təzyiqli proporsional sayğac şəraiti

Bütün mənbələr 4π Pressurized Proportional Counter (PPC) ilə ölçülmüşdür.

Mənbənin bu detektor üçün keçirici film tələbinə verdiyi fiziki əsaslandırma elektron emissiyasının nümunəni yükləyə bilməsi və dəstək izolyatordursa bu yükün detektordakı elektrik sahəsinin sabitliyini poza bilməsidir.

XRD nəticələrinin xülasəsi

Spektral nəticələrin xülasəsi

Bütün sınaq mənbələrində əsas ⁵⁵Fe piki müşahidə edilmiş və qaçış pikindən seçilə bilmişdir. Mənbə bunu bütün film dəstəklərinin aşağı enerjili elektron aşkarlanmasına imkan verəcək əsas keçiricilik göstərdiyinin əlaməti kimi şərh edir.

Məqalə bütün sınaq mənbələrində ayırdetmənin 0,9 keV-dən yüksək olduğunu bildirir. Mənbə hər film üçün ayrıca rəqəmsal ayırdetmə cədvəli vermədiyindən hansı filmin FWHM dəyərinin dəqiq neçə keV olduğu Verianla versiyasında göstərilməmişdir.

rGO–Triton X-100 Au–Pd istinadına ən yaxın spektral davranış göstərmişdir. rGO–SDBS və deG əsaslı səthi-aktiv maddə tərkibli dəstəklər də metallizə edilmiş mənbəyə bənzər spektrlər yaratmışdır.

MWCNT əsaslı mənbələrdə isə qaçış piklərinin yüksək nisbi intensivliyi səbəbilə mənbə onları aşağı enerjili elektron ölçməsi üçün radioaktiv mənbə hazırlanmasına uyğun hesab etməmişdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• rGO, deG və MWCNT sulu dispersiyaları spin coating ilə VYNS filmlərinə tətbiq edilə bilmişdir.
• SDBS və Triton X-100 sulu karbon dispersiyalarının hazırlanmasında istifadə edilə bilmişdir.
• rGO-nun oksidləşmə–reduksiya çevrilməsi XRD və FTIR ilə dəstəklənmişdir.
• Hazırlanmış bütün karbon film mənbələrində 55Fe əsas spektral piki ölçülə bilmişdir.
• rGO–Triton X-100 mənbəsi Au–Pd metallizə edilmiş nəzarətlə bənzər spektral keyfiyyət göstərmişdir.
• Səthi-aktiv maddə tərkibli qrafen əsaslı rGO və deG filmləri ənənəvi metallizə edilmiş mənbə ilə müqayisə edilə bilən spektr verə bilmişdir.
• MWCNT–SDBS və MWCNT–Triton mənbələri yüksək qaçış piki intensivliyi səbəbilə bu tətbiq üçün uyğun hesab edilməmişdir.
• Sulu karbon örtmə yanaşması Au–Pd metalləşdirməsinə ehtiyac duymayan alternativ mənbə hazırlama yolu kimi laboratoriya səviyyəsində göstərilmişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Karbon filmlərinin bütün radionuklidlər və bütün enerji diapazonlarında Au–Pd-dən üstün olduğu göstərilməmişdir.
• rGO–Triton X-100-ün elektrik keçiriciliyi birbaşa dörd-nöqtə probu və ya sheet-resistance ölçməsi ilə kəmiyyətcə müəyyən edilməmişdir.
• MWCNT spektrlərindəki pozulmanın yalnız keçiricilikdən qaynaqlandığı qəti şəkildə sübut edilməmişdir; mənbə bunu mümkün izah kimi təqdim edir.
• Au–Pd ilə müqayisədə iqtisadi qazanc faiz və ya pul vahidi ilə hesablanmamışdır.
• VYNS film qırılma nisbətindəki yaxşılaşma nəzarətli davamlılıq statistikası ilə ölçülməmişdir.
• Uzunmüddətli saxlama sabitliyi və ya radiasiya altında yaşlanma sınağı təqdim edilməmişdir.
• Sənaye seriyalı istehsalı və ya sahə miqyaslı mənbə istehsalı təsdiqlənməmişdir.
• Hər nümunə tipi üçün təkrar ölçmə, standart sapma, etibar intervalı və ya statistik əhəmiyyət testi təqdim edilməmişdir.

Tədqiqatın əsas təkrar istehsal oluna bilmə məhdudiyyətləri

• SDBS, Triton X-100 və natrium sitratın dispersiyalardakı dəqiq miqdarı əsas PDF-də verilməmişdir; yalnız ədəbiyyatdakı optimal dəyərlərin istifadə edildiyi bildirilir.
• 55Fe damcı həcmi və mənbə aktivliyi əsas PDF-də rəqəmsal olaraq təqdim olunmur.
• Hər film növünün neçə müstəqil nümunə/təkrar əsasında qiymətləndirildiyi aydın deyil.
• Hər mənbə üçün ayrıca enerji ayırdetməsi/FWHM dəyərləri cədvəl şəklində verilmir.
• Filmin elektrik müqaviməti birbaşa ölçülməmişdir.
• Film qalınlığı və ya karbon örtüyünün səth sıxlığı hər dispersiya üçün kəmiyyətcə təqdim olunmur.

Tədqiqatın elmi güclü tərəfi

Tədqiqatın güclü tərəfi yalnız “qrafen keçirici materialdır” fərziyyəsinə əsaslanmaması, real ⁵⁵Fe radioaktiv mənbələri hazırlaması və onları aşağı enerjili elektron/foton spektri baxımından ənənəvi Au–Pd nəzarət mənbəyi ilə birbaşa müqayisə etməsidir.

Material sintezi, dispersiya davranışı, film morfologiyası və real spektrometrik performans eyni eksperimental zəncirdə qiymətləndirilmişdir. Beləliklə, karbon materialının struktur baxımından uyğun görünməsi ilə real radionuklid mənbə performansı arasındakı fərq görünən olmuşdur; xüsusilə MWCNT nəticələri nəzəri olaraq keçirici olan karbon materialının uyğun film və dispersiya davranışı olmadan avtomatik olaraq yaxşı mənbə dəstəyinə çevrilmədiyini göstərir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq: Carbon-based thin films as a suitable alternative to metallized films for the preparation of radioactive sources

Müəlliflər: Rodolfo Fernández-Martínez; Mª Isabel Rodríguez-Tapiador; Miguel Roteta; María Pérez-Cadenas; Gilberto del Rosario; Jorge Pedrós; Isabel Rucandio.

Məsul müəllif: Rodolfo Fernández-Martínez.

Bərabər töhfə: Mənbədə bərabər birinci müəlliflik və ya bərabər töhfə bildirişi yoxdur.

Qurumlar: Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, İspaniya; Universidad Rey Juan Carlos, Móstoles, Madrid, İspaniya; Departamento de Química Inorgánica y Química Técnica, Facultad de Ciencias, UNED, Las Rozas, Madrid, İspaniya; Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología & Departamento de Ingeniería Electrónica, E.T.S.I. de Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, İspaniya.

Jurnal: Applied Radiation and Isotopes.

Nəşriyyat: Elsevier Ltd.

Cild / məqalə nömrəsi: 212 / 111419.

DOI: 10.1016/j.apradiso.2024.111419.

Rəsmi keçid: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2024.111419

Alınma tarixi: 21 dekabr 2021.

Revizə olunmuş versiya tarixi: 17 iyun 2024.

Qəbul tarixi: 25 iyun 2024.

Onlayn nəşr tarixi: 4 iyul 2024.

Biblioqrafik nəşr: Applied Radiation and Isotopes, Volume 212, oktyabr 2024, Article 111419.

Mənbə növü: Eksperimental material hazırlama, radionuklid mənbə istehsalı və aşağı enerjili radiasiya spektrometriyası üzrə tədqiqat məqaləsi.

Resenziya statusu: Applied Radiation and Isotopes jurnalında nəşr edilmiş resenziyalı tədqiqat məqaləsi.

Lisenziya: Creative Commons Attribution–NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).

Açar sözlər: Graphene; Carbon nanotubes; Radioactive source; Source preparation.

Məlumatların əlçatanlığı: Mənbə “Data will be made available on request” bildirişini verir; ayrıca açıq məlumat deposu keçidi təqdim olunmayıb.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər tədqiqata təsir edə biləcək məlum maliyyə marağı və ya şəxsi münasibət olmadığını bildiriblər.

Maliyyələşdirmə: ENE2017-88065-C2-2-R və PID2020-114234RB-C21 layihələri MCIN/AEI və ERDF dəstəyi ilə; Jorge Pedrós həmçinin İspaniya Elm və İnnovasiya Nazirliyinin 2D-SAWNICS layihəsi PID2020-120433 GB-I00 və Comunidad de Madrid NMAT2DCM P2018/NMT-4511 layihəsi tərəfindən dəstəklənmişdir.

Müəllif töhfələri: Rodolfo Fernández-Martínez: konseptuallaşdırma, məlumat kurasiyası, metod, məsləhətçilik, ilkin qaralama, nəzərdən keçirmə/redaktə. Mª Isabel Rodríguez-Tapiador: ilkin qaralama, metod, formal analiz. Miguel Roteta: ilkin qaralama, məsləhətçilik, proqram təminatı. María Pérez-Cadenas: nəzərdən keçirmə/redaktə, məsləhətçilik, resurslar, metod. Gilberto del Rosario: metod. Jorge Pedrós: nəzərdən keçirmə/redaktə, resurslar, metod. Isabel Rucandio: nəzərdən keçirmə/redaktə, məsləhətçilik, maliyyə əldə edilməsi, konseptuallaşdırma.

Əsas eksperimental müqayisə: rGO, deG və MWCNT ilə örtülmüş VYNS nazik film dəstəkləri üzərində hazırlanmış 55Fe mənbələri ilə ənənəvi Au–Pd metallizə edilmiş VYNS nəzarət mənbəsinin 4π təzyiqli proporsional sayğac spektrlərinin müqayisəsi.

Əsas xarakterizasiya: XRD, FTIR, SEM və Tyndall effekti.

Əsas nəticə: rGO–Triton X-100 Au–Pd metallizə edilmiş nəzarət mənbəyi ilə müqayisə edilə bilən spektral keyfiyyət göstərmişdir; səthi-aktiv maddəli qrafen əsaslı filmlər ümumilikdə tətbiq oluna bilən görünərkən, sınaqdan keçirilən MWCNT filmləri yüksək qaçış piki intensivliyi səbəbilə uyğun hesab edilməmişdir.

Enerji ayırdetməsi qeydi: Mənbə bütün sınaq mənbələri üçün ayırdetmənin 0,9 keV-dən yüksək olduğunu bildirir; film üzrə dəqiq ayırdetmə cədvəli vermir. Bu ifadə Verianla versiyasında dəyişdirilməmiş və Şəkil 7-dən yeni FWHM dəyərləri çıxarılmamışdır.

Mənbədaxili terminologiya qeydi: Cədvəl 1 natrium sitratı “Surfactant” sütununda siyahıya alarkən nəticələr bölməsi rGO–natrium sitrat nümunəsini mənfi spektral davranışla əlaqələndirir və səthi-aktiv maddənin olmamasının tövsiyə edilmədiyini bildirir. Bu fərqli terminologiya səssizcə düzəldilməmişdir.

XRD qeydi: 44,57° dəyəri mənbə mətnində həm tipik CNT piki, həm də sintez katalizatoru ilə əlaqələndirilən piklər arasında keçir. Mənbə bu töhfələri ayrıca ayırmır.

VYNS vahid qeydi: Girişdə VYNS film qalınlığı/səth sıxlığına dair cümlədə ölçü baxımından uyğunsuz görünən “5–10 μm cm−2” ifadəsi vardır; bu dəyər Verianla mətnində dəqiq film qalınlığı kimi istifadə edilməmişdir.

İqtisadi şərh sərhədi: Məqalə karbon filmlərinin Au–Pd məhlulunun maya dəyərini və metallizə edilmiş VYNS halqalarının qırılma problemini azaltmaq üstünlüyündən bəhs edir; lakin pul vahidi ilə maya dəyəri təhlili, qırılma faizi və ya seriyalı istehsal etibarlılığı sınağı təqdim etmir.