مطيافية الانعكاس المنتشر
مقدمة :
تُعتبر مطيافية الانعكاس المنتشر Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) تقنية قيمة لتحليل الخصائص البصرية للمساحيق، والأفلام غير الشفافة، والمواد ذات الأسطح الخشنة. تتيح هذه التقنية تقدير فجوات الطاقة، وخصائص الامتصاص، والانتقالات الإلكترونية المرتبطة بالسطح دون الحاجة إلى عينات شفافة أو مصقولة.
تُستخدم لدراسة المواد من خلال قياس الضوء المنعكس منها. تعتمد هذه التقنية على مبدأ الانعكاس المنتشر، حيث يتم تسليط ضوء على عينة ويتم قياس كمية الضوء المنعكس في زوايا مختلفة. تعتبر DRS أداة قوية في الفيزياء لتحليل ودراسة الخصائص الطيفية للمواد. من خلال فهم مبدأ الانعكاس المنتشر واستخدامها في مجالات متعددة، تساهم DRS في تحسين الأبحاث والتطبيقات العلمية.
المبدأ الفيزيائي لـ DRS:
الانعكاس المنتشر : عندما يُسقط شعاع ضوئي على سطح المادة، يتم امتصاص جزء من الضوء بينما يُنعكس جزء آخر. في DRS، يُستخدم ضوء في نطاقات الطيف المختلفة (مثل UV، الضوء المرئي، والـ IR) ويتم قياس الضوء المنعكس.
تفاعل الضوء مع المادة : يعتمد مقدار الضوء المنعكس على التركيب الكيميائي والفيزيائي للعينة، مما يسمح بتحديد الخصائص المختلفة للمواد.
تحليل البيانات : تُستخدم تقنيات التحليل الطيفي لفهم كيفية تفاعل الضوء مع العينة، مما يوفر معلومات حول التركيب وخصائص المادة.
أنواع الانعكاس:
الانعكاس المرآتي (Specular Reflection): يحدث عندما ينعكس الضوء بزاوية متماثلة بالنسبة للزاوية الساقطة. هذا النوع من الانعكاس يشبه كيفية انعكاس الضوء عن سطح مرآة.
الانعكاس المنتشر (Diffuse Reflection): يحدث عندما ينعكس الضوء في اتجاهات متعددة. هذا النوع هو الأكثر شيوعًا في العينات المسحوقة أو ذات الأسطح الخشنة.
يتم جمع الأشعة المنعكسة من العينة. يتم قياس شدة الانعكاس بالنسبة لعينة معيارية، والتي عادةً ما تكون BaSO4، حيث تُعتبر هذه العينة عينة مرجعية ذات تشتت عالٍ وامتصاص منخفض، وبالتالي يتم اعتبارها 100% في القياسات.
عندما يُسلط الضوء على العينة بزاوية صفر درجة، يتم تجاهل الأشعة المرآتيّة (specular) وتركيز القياسات على الأشعة المنتشرة (diffuse). يتم قياس شدة هذه الأشعة المنعكسة وتحليلها.
استخدام DRS في الفيزياء:
تقدير فجوة الطاقة البصرية
تُستخدم بيانات DRS عادةً لإنشاء مخططات تاوكTauc، التي تساعد في تحديد فجوة الطاقة المباشرة أو غير المباشرة للموصلات نصفية والمحولات الضوئية.
تحليل حالات السطح
تساعد DRS في تحديد مستويات العيوب أو حالات الطاقة السطحية، وهو أمر مفيد بشكل خاص في المواد النانوية.
المقارنة البصرية للامتصاص
تتيح المقارنة النوعية وشبه الكمية لامتصاص الضوء بين عينات مختلفة، خاصة تلك غير المناسبة لوضع النقل.
تقييم مواد المحفزات والحساسات
تعتبر تقنية ثالية لدراسة المواد المستخدمة في مجسات الغاز، والمحولات الضوئية، وخلايا الطاقة الشمسية المعززة بالأصباغ، حيث تلعب الخصائص البصرية السطحية والكتلية دورًا رئيسيًا.
المزايا الفيزيائية لـ DRS:
نطاق قياس من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة (175–3300 نانومتر).
إعداد كرة تكاملية للحصول على انعكاس دقيق من الأسطح غير المستوية.
إخراج البيانات في دالة كوبيلكا-مونك لتحليل فجوة الطاقة.
اختبار في جو خامل اختياري للعينات الحساسة للهواء.
مناسب للمساحيق، والأفلام الرقيقة على ركائز غير شفافة، والمواد الملبدة.
عدم الحاجة لتحضير العينات : يمكن استخدام DRS على عينات غير معالجة، مما يجعلها تقنية مريحة وسريعة.
سرعة القياس : توفر DRS نتائج سريعة، مما يسمح بإجراء تحليلات متعددة في وقت قصير.
تقدم DRS معلومات عميقة حول الخصائص الطيفية، مما يعزز فهم الفيزيائيين للمواد والتفاعلات.
فوائد القياس
تفسير خبير لبنية الفجوة والانتقالات البصرية.
معدات متقدمة ذات حساسية عالية ودقة طيفية.
دعم للبحوث الأكاديمية ومشاريع البحث والتطوير الصناعية.
تكامل سلس مع تقنيات أخرى مثل XRD وFTIR وSEM.
تُعتبر DRS أداة أساسية لعلماء المواد الذين يعملون في مجال المحفزات الضوئية، والأصباغ، ومجسات الغاز، والهياكل النانوية الوظيفية. مع مرافقنا، تحصل على توصيف بصري دقيق حتى للعينات غير الشفافة.