بخشی از مقاله
مقدمه
در سالهاي اخیر رشد مواد نانوساختار با خواص شیمیایی، الکتریکی، مغناطیسی و اپتیکی تغییریافته، موضوع بسیاري از تحقیقات بوده است. نانوساختارهاي یکبعدي به دلیل اهمیت آنها در فهم آثار کوانتومی و همچنین پتانسیل کاربردي آنها به عنوان اجزاي نانویی ادوات اپتیکی، الکترونیکی، اپتوالکترونیکی، الکتروشیمیایی و الکترومکانیکی توجه زیادي را به خود جلب کرده است. نانولولهها، نانومیلهها، نانوسیمها و نوارها یا روبانهاي
نانویی از جمله نانوساختارهاي یکبعدي هستند که تاکنون با استفاده از روش هاي گوناگون فیزیکی و شیمیایی رشد داده شده اند 1]و.[2
تلوریوم، عنصري نیمههادي با گاف انرژي 0/34eV است.
تلوریوم و آلیاژهاي این عنصر، نیمههاديهاي نوع p هستند.
هدایت تلوریوم مربوط به نقصهاي شبکهاي است که به عنوان پذیرنده عمل می کنند.[3] این ماده خواص جالبی مانند نوررسانایی، اثر ترموالکتریک، فعالیت کاتالیتیک و اثر قوي پیزوالکتریک از خود
105
نشان میدهد و در دستگاههاي مختلفی مانند محیطهاي ضبط اپتیکی، ترانزیستورهاي لایه نازك، گیجهاي کششی، آشکارسازهاي مادونقرمز، بیوسنسورها و حسگرهاي گاز کاربرد دارد.[4]
خاصیت پیزوالکتریسیته عنصر تلوریوم قابل توجه است و خواص الکتریکی آن، وابستگیهاي دمایی غیر معمول از خود نشان میدهد. خواص الکتریکی جالب تلوریوم و ترکیبات آن، که مورفولوژيهاي متنوعی از آنها مشاهده شده است، نویدبخش ساخت ادوات کاربردي بسیاري، به ویژه در مقیاس نانو، می باشد.
تلوریوم داراي ساختار بلوري شش گوشی است. در این ساختار اتمهاي تلوریوم در زنجیرههایی مارپیچی مرتب میشوند که اتمهاي همسایه در آن نسبت به هم به اندازه زاویه 120 درجه چرخیدهاند، به گونه اي که هر اتم با دو همسایه نزدیکش در پیوندهاي کووالانسی شرکت دارد. زنجیرهها در طول محور c
شکل می گیرند و شبکه ششگوشی با قرار گرفتن یک زنجیره در مرکز و یک زنجیره در هر شش گوشه شش ضلعی حاصل میشود.
این زنجیرهها بهوسیله نیروهاي ضعیف واندروالس کنار یکدیگر نگهداشته میشوند.[5]
یکی از روش هایی که بـراي سـنتز نانوسـاختارهاي تلوریـومی مورد استفاده قرار میگیرد و در آن به هیچ نوع قالب یـا کاتالیسـتی نیاز نیست، روش تبخیر فیزیکی مـی باشـد6]و.[7 بـه عـلاوه، ایـن روش به فرآیندهاي خالص سازي بعدي که در سـنتزهاي شـیمیایی مرطوب لازم است نیازي نـدارد. همچنـین در سـنتزهاي شـیمیایی مرطوب زمان واکنشی نسـبتاً طـولانی لازم مـیباشـد کـه در روش تبخیر حرارتی نیاز نیست8]و9و.[10
در این آزمایش براي رشد ساختارها از زیرلایه هاي شیشـه اي استفاده شد. زیرلایه ها به مدت 5 دقیقـه در اسـید کلریـدریک 0/1
مولار قرار داده شدند و سپس به مدت 10 دقیقـه در آب مقطـر بـا سیستم اولتراسونیک تمیز و نهایتاً بـا جریـان هـواي گـرم خشـک شدند.
بوته حاوي 0/065 گرم پودر تلوریوم مرك با خلـوص 99/99
درصد در منطقه گرم کوره و زیرلایـه هـاي تمیـز شـده در فواصـل مختلف نسبت بـه بوتـه قـرار داده شـد. سـپس محفظـه تـا فشـار 10-3 mbar تخلیه گردید. در این آزمایش براي تزریق گاز آرگـون به درون محفظه از mass flow controller استفاده شد. با تزریق 7 sccm گاز آرگون، فشار به 10-2 mbar رسید. با افـزایش دمـاي کوره، دماي بوته که در گرمترین جاي کوره قرار داشت بـه مقـدار
360οC رسید. مدت زمان 80 دقیقه نیز براي رشد ساختارها در نظر گرفته شد.
شکل1 تصویر طرح واري از فرآیند تبخیر حرارتی در کوره را نشان میدهد.
شکل -1 تصویر طرحواري از فرآیند تبخیر حرارتی در کوره لولهاي
روش آزمایش
به منظور سنتز ساختارهاي نانویی تلوریوم، از یک کوره لولهاي تحت خلأ استفاده شد. این کوره داراي یک لوله آلومیناي افقی با طول 75 cm و قطر 7/2 cm میباشد که به منظور جلوگیري از آلودگی لوله آلومینا در حین آزمایشها یک لوله کوارتز با طول 75 cm و قطر 7cm داخل لوله آلومینا قرار داده میشود.
بحث و نتایج
ساختارهاي متفاوتی روي زیرلایههاي قـرار گرفتـه در نـواحی دمایی مختلف کوره شکل گرفتند. شـکل )2الـف و ب) تصـاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه در فاصله25/5cm
از مرکز بوته در جهت جریان گاز را نشان مـی دهـد کـه در دمـاي
212οC قرار داشتند. در این تصـاویر مشـاهده مـیشـود کـه اکثـر ساختارها نانومیله و نانوسیم هستند. قطر یک میله در شکل )2الف)
106
تقریباً 141 nm و قطر یک سـیم در شـکل )2ب) تقریبـاً 105nm
نشان داده شده است.
شکل )2ج و د) تصاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته در فاصله 24/5 cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز که به دماي
222οC رسیده را نشان میدهد. همانگونه که در این دوتصویر مشاهده می شود، قطر ساختارها با افزایش دما افزایش یافته است.
شکل )3د) قطر یک سیم را روي زیرلایهاي که به دماي بیشینه
222οC رسیده است، تقریباً 208 nm نشان میدهد.
شکل -2 تصاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه هایی با دماي 212οC (الف و ب) و 222οC (ج و د).
در شکل 3 تصاویر مربوط به ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه در فاصله 23/5 cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز که به دماي
231οC رسیده ارائه شده است.
در این شرایط اولاً مشاهده میشود که با افزایش دما قطر ساختارهاي یک بعدي افزایش یافته است به گونهاي که شکل
)3الف) قطر یکی از این ساختارها را حدوداً 437 nm نشان میدهد. ثانیاً تراکم بسیار زیاد ساختارهاي ایجاد شده در این نمونه که در شکل )3ب) آمده قابل توجه است. ثالثاً شکلگیري ساختارهاي نواري و نانوساختارهاي دوبعدي در این شرایط به وضوح قابل مشاهده است. نمونه اي از این ساختارهاي دو بعدي در تصاویر )3ج و د) نشان داده شده اند. از شکل )3و) به وضوح دیده می شود ضخامت برخی از این ساختارها به اندازهاي کم
است که ساختارهاي زیرین آنها کاملاً دیده میشود. شکل )3ه)
ضخامت یکی از این ساختارها را حدود 33 nm نشان میدهد.
