بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش خواص ساختاری و نوری سولفید روی مورد آزمایش و مطالعه قرار گرفته است . سولفید روی در این پژوهش به روش رسوب دهی در حمام شیمیایی سنتز شده که مواد تشکیل دهنده آن عبارتند از استات روی ، سولفید سدیم . سپس سولفید روی بدست آمده را در دمای 300 درجه سانتی گراد باز پخت شده و تغییرات حاصل شده بر روی خواص ساختاری از طریق آنالیز پراش پرتو ایکس - - XRD و خواص نوری آن توسط آزمون های طیف سنجی مرئی - فرابنفش و فوتولومینسانس - - PL مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته که این نتایج نشان دهنده بهبود خواص ساختاری و نوری پس از قرار دادن سولفید روی در دمای بازپخت می باشد .
-1 مقدمه
سولفید روی از جمله مواد نیمه رسانایی است که برای کاربرد های اپتوالکترونیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است . این ماده دارای گاف انرژی مستقیم و به مقدار 3,8 الکترون ولت می باشد که با توجه به پایداری شیمیایی آنرا به یکی از پرکاربرد ترین مواد نیمه رسانا تبدیل می کند
از جمله کاربردهای این ماده می توان به استفاده از سولفید روی در سلولهای خورشیدی ، دیودهای نوری ،سنسورها ، لیزر ، قطعات الکترولومینسانس و سلولهای فوتوولتاییک که کاربردهای بسیاری اعم از کاربرد در نمایشگرها دارند اشاره کرد .سولفید روی می تواند در دوفاز کریستالی روی بلند که همان آرایش چهار وجهی - - c- ZnS می باشد و ورتزیت که همان آرایش شش وجهی - - h-ZnS میباشد ، یافت می شود .
در سالهای اخیر علاقه زیادی برای به کار بردن سولفید روی در کاربردهای گوناگون ایجاد شده است . از جمله روش هایی که می توان سولفید روی را سنتز کرد می توان به رسوب دهی در حمام شیمیایی ، هیدروترمال ، کندو پاش توسط امواج رادیویی ، روش سیلار و ... اشاره کرد. [ 5,6 ] در پژوهش انجام شده سولفید روی توسط روش رسوب دهی شیمیایی سنتز شده و سپس تحت دمای آنیل قرار گرفته تا تغییر خواص ساختاری و نوری آن مورد ارزیابی قرار گیرد .
-2 مواد و روش تحقیق
برای سنتز سولفید روی در این پژوهش به روش رسوب دهی شیمیایی از مواد اولیه شامل استات روی و سولفید سدیم استفاده گردید به این ترتیب که ابتدا استات روی به میزان 1,09745 گرم در 50 میلی لیتر آب دیونیزه به منظور فراهم کردن محلول 0,1 مولار استات روی حل گردید . سپس سولفید سدیم به میزان 3,90225 گرم به 50 میلی لیتر آب دیونیزه برای فراهم کردن محلول 1 مولار سسولفید سدیم اضافه گردید .
دلیل نسبت 1 به 10 غلظت محلول حاوی روی به محلول حاوی گوگرد فراهم کردن شرایط استوکیومتری واکنش و جلوگیری از هیدروکسیدی شدن محیط واکنش است . سپس با اعمال دمای 60 درجه سانتی گراد محلول سولفید سدیم را به آرامی و قطره قطره به محلول استات روی تحت چرخش اضافه می کنیم . پس از اضافه کردن محلول سولفید سدیم به مدت 20 دقیقه آنرا تحت چرخش در دمای 60 درجه قرار می دهیم تا رسوب سفید رنگی که همان سولفید روی می باشد تشکیل شود . سپس رسوب بدست آمده را طی چند مرحله با آب و اتانول شسته و آنرا در خشک کن در دمای 60 درجه و به مدت 12 ساعتقرار می دهیم تا پس از طی این زمان سولفید روی خشک شده و به صورت پورد قابل جمع آوری باشد .
در مرحله بعد پودر سولفید روی بدست آمده را درون کوره تحت گاز آرگون در دمای 300 درجه سانتی گراد و به مدت 1 ساعت قرار می دهیم تا آنیل گردد . دلیل وجود گاز آرگون در محیط کوره جلوگیری از تبدیل سولفید روی به اکسید روی به وسیله اکسیژن موجود در محیط در دمای بالا می باشد .
برای مشخصه یابی ساختاری سولفید روی سنتز شده از آنالیز پراش پرتو ایکس - - XRD با هدف مس - - 1.542 A0 واسکن گام نرمال 5 تا 60 درجه استفاده گردید . همچنین خواص نوری پودر سنتز شده توسط دستگاه فوتولومینوسانس تحت تابش نور با طول موج 325 نانومتر و گذردهی و جذب آن توسط UV-Vis اسپکتوفوتومتر در محدوده 190 تا 1100 نانو متر مورد ارزیابی قرار گرفت که به نتایج آن می پردازیم .
-3 نتایج و بحث
-1-3 پراش پرتو X
شکل 1 طرح پراش پرتو X نانوذرات سولفید روی را نمایش می دهد که مکان قله های بدست آمده نشان دهنده ای مطلب است که نانو ذرات سولفید روی ساختار مکعبی روی بلند را تشکیل می دهند . سه قله بدست آمده در بیانگر صفحات - - 111 و - - 220 و - - 311 است که مربوط به ساختار روی بلند می باشد . پهن شدگی خطوط XRD بازتابی از اندازه کوچک ذرات تشکیل دهنده پودر سولفید روی می باشد .
اندازه متوسط ریز دانه های نمونه سولفید روی سنتز شده بر مبنای پهن شدگی خطوط طیف XRD و با استفاده از فرمول دبای – شرر - رابطه - 1 تعیین می شود که در این رابطه طول موج پرتو X مورد استفاده است که مربوط
به مس و برابر با 1.542 A می باشد .
همانطور که در شکل 1 مشخص گردیده پیک های مربوط به فاز روی بلند پس از عملیات باز پخت تشدید شده و مقدار FWHM آن تقریبا ثابت مانده است که این نشان دهنده ی این مطلب است که نمونه پس از حرارت دهی دارای بلورینگی بیشتری نسبت به نمونه اولیه می باشد .
شکل شماره - 1 نمودار مربوط به پراش پرتو ایکس – a نمونه اولیه – b
همچنین نمودارهای جذب برای این دو نمونه در شکل 3 آمده است نشان دهنده پایین آمدن میزان جذب پس از فرآیند آنیل تحت گاز آرگون می باشد که این نشان دهنده ی افزایش فضای خالی در شبکه سولفید روی به دلیل حذف گوگرد طی عملیات حرارت دهی از شبکه سولفید روی می باشد.
شکل – 2 نمودار میزان گذردهی تحت طیف سنجی مرئی - فرابنفش
-2-3 طیف سنجی مرئی – فرابنفش
پودر سولفید روی سنتز شده به روش رسوب دهی شیمیایی قبل و بعد از دمای آنیل تحت آزمون طیف سنجی مرئی – فرابنفش قرار گرفت محدوده ی بازه آزمون طیف سنجی مرئی – فرانفش بین طول موجهای 190 تا 1100 نانو متر بوده است که بر این اساس میزان گذردهی پودر در حالت سنتز شده و قبل از فرایند آنیل به میزان 66 درصد بوده که این میزان برای پودر آنیل شده در دمای 300 درجه سانتی گراد به 75 درصد افزایش یافت
شکل - 3 میزان جذب در طیف سنجی مرئی - فرابنفش
