بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش فیلم هاي نازك اکسید منگنز به کمک روش سل – ژل و با تکنیک غوطه وري تهیه شد و تاثیر خشک سازي IR و دماهاي مختلف بازپخت بر روي خواص اپتیکی فیلم هاي نازك اکسید منگنز که به کمک IR خشک شده بودند، مورد بررسی قرار گرفت. خواص اپتیکی این فیلم ها به کمک طیف تراگسیل و باکمک بهینه سازي داده ها تعیین شد ومقادیر مربوط به ثابت هاي اپتیکی و گاف نواري این فیلم ها نیز محاسبه گردید .
مقدمه
اکسید منگنز به کمک تکنیک سل – ژل و به صورت ساختارهاي بسیار متخلخل تهیه می شود.این ماده در اشکال مختلف مواد نانوساختار، مونولیتهاي ایروژل و ا مبیژل ها و فیلم هاي نازك بر روي زیر لایه هاي شفاف و رسانا ساخته می شود . فیلم هاي نازك اکسید منگنز به دلیل خواص بسیار جالب الکتروکرومیکی، مغناطیسی و الکتریکی در سالهاي اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. توانایی تولید این فیلم ها در محدوده ي نانو - <100 nm - موجبات کاربرد هاي متنوعی از این ماده را فراهم می کند. این اکسید درچهار نوع MnO2،MnO،Mn3O4،Mn2O3 به صورت فیلم هاي نازك قابل تولید می باشد . هر کدام از این اکسید ها خواص مجزا و کاربردهاي خاصی را ایجاد می کنند .
خواص اپتیکی.فیلم هاي اکسید منگنز علی رغم کاربردهاي جالب اپتیکی همانند پوششهاي الکتروکرومیکی ، به طور گسترده مورد بررسی قرار نگرفته است. تمام اکسیدهاي منگنز نیمرساناي نوع n می باشند .
در این پژوهش فیلم هاي نازك MnO2 با رنج ضخامتی nm - ١٠٠ - > و به منظور بررسی خواص اپتیکی آنها به کمک روش Sol-Gel تهیه و مورد آنالیز قرار گرفتند. آنالیز اپتیکی این فیلم ها بر مبناي تئوري چمبرلیرون و به کمک بهینه سازي داده ها انجام گرفت.
تجربی
در این پژوهش فیلم هاي نازك MnO2 بر روي زیر لایه هاي شیشه اي و به کمک روش Sol-Gel لایه نشانی شدند. سل به کار رفته در این پژوهش از ترکیب استیل استونات منگنزMn - CH3COCHCOCH3 - 3 و 1-butanolو اسید استیک ساخته شد[2]، به این ترتیب که محلولی از 1-butanolو اسیداستیک به نسبت 3 به 1تهیه شد و سپس پودر استیل استونات منگنز به منظور تهیه محلول 0,3M به این محلول اضافه گردید. این سل به مدت 5ساعت در هواي آزاد هم زده شد .
پس از آن، این محلول دو بار به کمک کاغذ صافی فیلتر شده و رسوب تولیدي از این مواد جدا گردید.پس از انجام عملیات فیلترسازي، سل شفاف و یکدستی به رنگ قهوه اي- سبز تیره بدست آمد. این محلول به کمک روش غوطه وري و با سرعت 11cm/min بر روي زیر لایه هاي شیشه اي لایه نشانی گردید . پس از هر بار عمل لایه نشانی نمونه ها به کمک IR به مدت 15 دقیقه خشک گردید و در نهایت لایه هاي بدست آمده در دماهاي مختلف بازپخت شدند .
نتایج
الف - بررسی روشهاي مختلف خشکسازي
به منظور بررسی تکنیکهاي مختلف خشکسازي دو نمونه با 9بار لایهنشانی تحت سرعت 11 cm/min تهیه شد. نمونه اول پس از هر بار لایهنشانی در کوره به مدت نیم ساعت و در دماي 100 0C خشک گردید و نمونه دوم به کمک لامپ IR که برروي دستگاه غوطهوري نصب شده است، به مدت نیم ساعت خشک گردید.
هردو نمونه در شرایط کاملا یکسانی تهیه شدند. شکل1و2 طیف تراگسیل مربوط به دو نمونه را قبل و بعد از اتمام عملیات بازپخت نهایی در دماي 3000C به مدت1 ساعت نشان میدهد.
شکل : 1 مقایسهي طیف تراگسیل دو نمونه قبل از عملیات بازپخت نهایی
همانگونه که مشاهده میشود طیفها تفاوت عمدهاي را نشان نمیدهند. اگر چه این دو مقدار دقیقا برابر نبودند اما استفاده از IR نقش موثري را در کاهش هرچه بیشتر زمان انجام عملیات و همچنین کاهش تنشها و بروز ناخالصیهاي احتمالی که ناشی از فرایند انتقال لایهها از محل غوطهوري تا کوره بود، داشت.
شکل : 2 مقایسهي طیف تراگسیل دو نمونه بعد از عملیات بازپخت نهایی.
ب - بررسی اثر تغییرات دمایی بر خواص اپتیکی فیلم هاي نازك اکسید منگنز:
به منظور بررسی تغییرات دما بر خواص اپتیکی فیلمهاي نازك اکسید منگنز، سه نمونه با تعداد 9 بار لایهنشانی و تحت سرعت 11 cm/min وبا شرایط یکسانی تهیه شدند. نمونهها پس از هر بار لایهنشانی به مدت 15 دقیقه توسط لامپIR خشک گردیده و در نهایت این نمونه ها در سه دماي200 0C، 300 0C ،400 0C به مدت 2 ساعت تحت عملیات بازپخت قرار گرفتند. با توجه به شکل 3، با افزایش دماي بازپخت، از میزان عبور فیلمها کاسته شد.
جدول :1 مقادیر مربوط به ضخامت فیلمها با تغییرات دما.
شکل:3 بررسی تغییرات طیف تراگسیل تحت عملیات گرمایشی مختلف با افزایش دماي بازپخت، ضریبشکست فیلمها نیز افزایش یافت.
این امر به دلیل افزایش پکیدگی در فیلمها، رشد دانهها و کاهش تخلخل در آنهاست و در نهایت کاهش تخلخل در فیلمها افزایش ضریبشکست را به همراه داشت. در شکل4 تغییرات ضریب- شکست در سه نمونه نشان داده شده است.
شکل:4 بررسی تغییرات ضریبشکست تحت عملیات گرمایشی مختلف
با توجه به شکل5 با افزایش دماي بازپخت ضریبخاموشی فیلمها نیز افزایش یافت.
