بخشی از مقاله
چکیده
نانوبلورهای سولفید روی - ZnS - با استفاده از روش ساده و تکمرحلهای ترمولیز، با حلکردن استات روی به عنوان منبع تامینکننده روی، تیواوره به عنوان منبع تامینکننده گوگرد و پلیونیلپیرولیدون به عنوان سورفکتانت در حلال غیر سمی و ارزان اتیلنگلیکول در دمای 60œC تهیه شده است.
در این تحقیق تاثیر دمای ترمولیز - دماهای تجزیه کمپلکس 120œC، 150œC، 180œC و - 196œC بر روی ساختار و فاز نهایی نانوذرات حاصل بررسی شد. نتایج حاصل نشان میدهد ساختار کریستالی ترکیب حاصل مکعبی است و میزان بلورینگی این ترکیب با افزایش دمای تجزیه افزایش مییابد. ترکیب سولفید روی حاصل از سنتز، توسط آنالیزهای پراش اشعه ایکس UV- - XRD - Vis به ترتیب به منظور مطالعه ویژگیهای ساختاری، بررسی خواص نوری مشخصهیابی میشوند.
مقدمه
نانوذرات یا نقاط کوانتومی ذراتی هستند که حداقل در یک بعد از ابعاد خود اندازهای بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشند. در میان نیمهرساناهای گروه II-VI مانند CdS، ZnS، CdTe، ترکیب ZnS به دلیل گاف انرژی بزرگتر دارای خواص الکتریکی و اپتیکی منحصر به فردی است خواص اپتیکی و الکتریکی در این ترکیبات تابعی از اندازه نانوذرات نیز میباشند .
در سالهای اخیر، مواد در مقیاس نانو به دلیل خواص بهتری که نسبت به ماده بزرگتر از مقدار اندازه میکرونی از خود نشان دادهاند، بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند به عنوان مثال خواص فتولومینسانس نانوذرات با کاهش اندازه قطر ذرات تا زیر شعاع بوهر افزایش مییابد .
سولفید روی یک نیمه-هادی از ترکیبات گروه II-VI با گاف انرژی مستقیم در حدود 3/72در دمای اتاق است. این ترکیب عموماً به شکل ساختار مکعبی و هگزاگونال متبلور میشود. ساختارهای بلوری ZnS نقش اساسی در تعیین خواص فیزیکی و شیمیایی این ترکیب داردسولفید روی به دلیل خواص فلورسانس بسیار خوبی که دارد در طیف وسیعی از کاربردها مورد توجه قرار گرفته است .
کاربرد در سلولهای خورشیدی مانند لایه پنجره در سلولهای خورشیدی حالت جامد که در این کاربرد ZnS به عنوان نیمهرسانای نوع n عمل میکند یا به عنوان لایه بافر که موج افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی میشود .[8-11] پوششهای اپتیکی [12]، فتوکاتالیستها [7]، نمایشگرهای نشر میدانی [13]، ترانزیستور اثر میدان [14]، نانوسنسورها [15] از دیگر کاربردهای این نیمهرسانا میباشد. روش پلییول روشی است که در آن مواد اولیه در یک الکل با نقطه جوش بالا حرارت داده میشود. سنتز نانوذرات با استفاده از این روش جدید در حلالهایی مانند اتیلن و دی اتیلن گلایکول انجام میگیرد. همچنین این حلال به عنوان پایدارکنندههای ضعیف عمل میکنند و به بهبود بلورینگی نیز کمک میکنند
در این تحقیق، تلاش میشود که نانوبلورهای سولفید روی با استفاده از یک حلال دوستدار محیط زیست و اقتصادی با کمترین دمای ممکن سنتز شود. هدف از دمای سنتز پایین نانوذرات سولفید روی، بدست آوردن نانوبلورهای با اندازه کوچکتر مناسب برای تشکیل نانوکلویید پایدار و سپس استفاده در لایهنشانی نازک یکنواخت با استفاده از روشهای چاپی مورد استفاده در سلولهای خورشیدی است. تاثیر دمای سنتز بر نانوذرات ZnS با استفاده از آنالیزهای پراش پرتو ایکس - XRD - و طیف سنجی جذبی فرابنفش و مرئی - UV-vis - بررسی میشود.
مواد و روش تحقیق
نانوذرات ZnS با مخلوطکردن استات روی - Zn - O₂CCH₃ - ₂ - H₂O - ₂, 99.99%,Merck - و تیواوره
- SC - NH2 - 2, 99.99%,Merck - - به عنوان ماده اولیه و اتیلن گلیکول - - CH₂OH - ₂, 99.99%,Merck - به عنوان حلال و پلیوینیل پیرولیدون - PVP - - - C6H9NO - n, 99.99%,Merck - 1 به عنوان سورفکتانت حاصل شد. مقدار مواد مورد استفاده در سنتز 1/75 مول استات روی و تیواوره است که این دو به همراه 0/384 گرم PVP در 20 میلیلیتر حلال اتیلنگلایکول در یک فلاکس سه دهانه حل شدند سپس به مدت 20 دقیقه در دمای اتاق هم خورد، با رسیدن به دمای 60œC در این دما به مدت 1 ساعت هم خورد سپس با اعمال گاز آرگون دما با نرخ گرمایش 5 درجه بر دقیقه به دمای 120œC،150œC ،180œC و 196 œC رسانده شد و در این دماها نیز به مدت یک ساعت نگهداری شد برای یکنواخت بودن فرآیند گرمایش از حمام روغن استفاده شد.
شیری رنگ شدن مخلوط واکنش بیانگر شروع فرآیند جوانهزنی و رشد بود. پس از تکمیل واکنش تا رسیدن به دمای اتاق به محتویات داخل فلاکس زمان داده شد سپس 20 میلیلیتر اتانول اضافه و به مدت 10 دقیقه با سرعت 5000rpm سانتریفیوژ شد محصول سانتریفیوژ دوباره در یک حلال قطبی مانند اتانول پخش شده و عمل شست و شو چند بار انجام گرفت و در دمای 80œC به مدت 24 ساعت خشک شد که پس از آن این ماده سنتز شده آماده مشخصهیابی و آنالیز بود. خواص ساختاری نمونههای سنتز شده پراش اشعه ایکس از مدل Explorer ساخت شرکت GNR با لامپ آند مس در محدوده 15-90° با سرعت روبش 0/02 درجه در ثانیه استفاده شد. طیف جذب توسط دستگاه اسپکترومتر ماوراء بنفش/مرئی دستگاه PG instruments Ltd مدل T80+ در محدوده 300-900nm اندازهگیری شده است.
نتایج و بحث با توجه به قوانین اسید لویس و باز لویس، یک اسید قوی لویس تمایل دارد با یک باز قوی لویس واکنش بدهد و یک اسید ضعیف لویس تمایل دارد با یک باز ضعیف لویس واکنش بدهد. در نتیجه عنصر روی یا نمک آن که یک اسید ضعیف لویس است با تیواوره به عنوان یک باز ضعیف لویس واکنش میدهد. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود بعد از تشکیل کمپلکس پیکهای اصلی مربوط به اتیلنگلیکول و تیواوره مشاهده میشود اما با مقدار کمی جابجایی طول موج پیک و با شدت کمتر از شدت پیک خالص آنها میباشد که این به علت انجام واکنش آنها با نمک عنصر روی و در نتیجه تغییر انرژی پیوند آنها میباشد
همچنین بعد از تجزیه کمپلکس و تشکیل نانو ذرات، حلال اتیلنگلیکول، تیواوره و PVP اضافی، با سطح نانو ذرات پیوند داتیو تشکیل داده و به صورت یک عامل پوششدهنده سطحی عمل میکند که در نتیحه از رشد استوالد و آگلومره شدن ذرات جلوگیری میکنند - جدول . - 1 مکانیزم تشکیل کمپلکس به صورت ایجاد پیوند داتیو جفت الکترون اکسیژن اتیلنگلیکول یا گوگرد و نیتروژن تیواوره با اوربیتالهای خالی عنصر روی میباشد.
