بخشی از مقاله
چکیده
نانو ذرات کادمیوم سولفید از واکنش کادمیوم سولفات هشت آبه به عنوان منبع تولید یون های Cd2+، سدیم تیو سولفات پنج آبه به عنوان منبع تولید یون های S2- و مقدار مشخص پلیمر پلی اتیلن گلایکول 400 به عنوان عامل پوششی در دماهای متفاوت به روش هیدروترمال سنتز شدند. نمونه ها با استفاده از طیف سنجی های مرئی-فرابنفش - UV-Vis - ، پراش پرتو ایکس - XRD - ، تبدیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مشخصه یابی شدند. بررسی طیف پراش ایکس - XRD - نشان داد که نمونه ها دارای ساختار هگزاگونال می باشند و طول موج جذب در تمام نمونه ها کمتر از حالت بالکی مشاهده شد.
همچنین حضور قله های مربوط به مدهای ارتعاشی کادمیوم سولفید توسط تصاویر دریافتی FT-IR مورد تایید واقع شد. مطالعات ما نشان داد سایز نانو ذرات با افزایش دما افزایش پیدا می کند. مطابق محاسبات انجام شده گاف انرژی نانو ذرات با افزایش دما کاهش پیدا کرد و در تمام نمونه ها بالاتر از حالت بالکی - 2.42 eV - مشاهده شد. در بررسی ساختار نانو ذرات سنتز شده به وسیله ی SEM تمام نمونه ها دارای ساختار نانو میله مشاهده شد.
مقدمه
نانوکریستال های نیمه رسانای گروه II-VI از جمله کادمیوم سولفید پتانسیل زیادی برای کاربرد درگستره ی وسیعی از قطعات دارند. کادمیوم سولفید داری گاف انرژی مستقیم2.42 ev می باشد.[1] نانو بلورهای کادمیوم سولفید دارای چهار ساختار بلوری متفاوت ؛ساختار هگزاگونال - ورساید - ×،ساختار مکعبی - زینک بلند - ، ساختار سنگ نمک مکعبی و ساختار سنگ نمک متلاشی شده می باشند. از بین این چهار ساختار، ساختار ورساید در طبیعت یافت می شود که از نظر ترمو دینامیکی پایدار و از گونه های کمیاب محسوب می شود[2,3]
ساختار مکعبی پایداری کمتری دارد ولیمعمولاٌ در طبیعت از دو فاز دیگر بیشتر یافت می شود. ساختار سنگ نمک فقط در فشارهای بالا یعنی زمانی که فاز هگزاگونال تحت فشار 2/6-4/2 Gpa قرار گیرد، یافت می شود×؟ در فشارهای بالاتر، فاز سنگ نمک مکعبی به حالت سنگ نمک متلاشی شده تبدیل می شود [4] کادمیوم سولفید در حالت بالکی به دلیل جذب هایی که در گستره ی زرد×؛سبز ناحیه ی مرئی دارد ، به عنوان مواد پنجره ای سلول های خورشیدی مورد استفاده قرارمی گیرد[5] کامپوزیت مرکب پلیمری برای اثر بخشی حفاظت الکترومغناطیسی در سال های اخیر بسیار توسعه یافته است.
نانو کامپوزیت های پلیمری در مقیاس نانو پتانسیل بسیار زیادی برای تولید مواد کاربردی دارد. خواص الکتریکی مواد کامپوزیت پلیمری به غلظت و مورفولوژی ذرات وابسته است، استفاده از مواد پلیمری مرکب در دمای نسبتاً بالا نیاز به دانش از خواص حرارتی آن مانند هدایت حرارتی - - و ظرفیت گرمایی ویژه در فشار ثابت - CP - دارد.[6] ترکیب نانوذرات نیمه هادی با پلیمر می تواند باعث افزایش عمر کامپوزیت شود. ذرات محصور شده در ماتریس پلیمری به دلیل استفاده در دستگاه های صفحه نمایش توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نانو کامپوزیت های پلیمری در سلول های خورشیدی، آشکار ساز های اشعه ایکس و در صفحات نمایش کاریرد دارد.[7]
آزمایشات
در این پژوهش یک محلول مخلوط از کادمیوم سولفات هشت آبه و سدیم تیوسولفات پنج آبه با نسبت مولی 1:1 و مقدار مشخصی از مایع پلیمر پلی اتیلن گلایکول 400 در آب دیونیزه تهیه شد. هر کدام از نمونه ها را به طور جداگانه به داخل اتوکلاو 100 ml انتقال داده و به مدت 6 ساعت در آون در دماهای 140,160,180,200 ̊C قرار داده شد.
پس از سرد شدن محلول داخل اتوکلاو در دمای اتاق، محلول چندین بار با آب و اتانول سانترفیوژ شد و در نهایت رسوب به دست آمده به مدت 4 ساعت در دمای 80 ̊C در آون خشک شد. برای تعیین فاز های کریستالی نمونه ها آنالیز XRD، توسط دستگاه PW1800 - Philips Netherland - که از تابش Cu-K، - =0.154nm - استفاده می کند در محدوده ی زوایای 2 20 ̊60 ̊و برنامه X'Pert HighScore انجام شد. به منظور بررسی خواص نوری از طیف سنج مرئی-فرابنفش - UV-Vis - استفاده شد. برای آماده سازی نمونه ها مقدار مشخصی از نانو ذرات را در چند سی سی اتانول ریخته و به کمک دستگاه آلتراسونیک پراکنده می شوند، تا فاصله ی نانو ذرات به اندازه ی اتمی برسد.
دو امولسیون که یکی به صورت نمونه مرجع و دیگری شامل مخلوط نانو ذرات معلق در امولسیون است، در سل های کوارتز دستگاه طیف سنج مرئی-فرابنفش ریخته می شوند. از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - برای مطالعه مورفولوژی نانو ذرات به کار برده شد. به منظور تعیین گونه های جذب شده توسط نمونه ها، از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - FT-IR - در محدوده ی 400-4000 Cm-1 استفاده شد.
نتایج و بحث
طیف پراش نانو ذرات کادمیوم سولفید در دماهای متفاوت در
شکل 1 نشان داده شده است. پیک ها در زوایای 2 24.7 ,̊26.3 ̊,28.6 ,̊43.8 ,̊47 ,̊51.8 ,̊54.3̊ که به ترتیب متناظر با صفحه های - 100 - , - 002 - , - 101 - , - 110 - , - 103 - , - 112 - , - 004 - می باشند ساختار هگزاگونال را برای نمونه مطابق با کارت - JCPDS no 41-1049 - تایید می کند[8]، در صورتی که در زوایای 26.3 ̊̊، ̊43.7و 51.7 در هر دو فاز هگزاگونال و زینک بلند وجود دارد،
اما با توجه به عدم پیک د̊ر 30.83 که یکی از زوایای تفرق اصلیدر فاز زینک بلند به حساب می آید، می توان فاز کریستالی به وجود آمده را هگزاگونال در نظر گرفت.[9] قله ی ترجیحی در دماهای 140،160و180 ̊C در راستای - 002 - و در دمای 200 ̊C در راستای - 110 - می باشد. شدت بلورینگی در سه دمای اول تغییر چندانی نداشته است. در دمای 200 ̊C بلورینگی کاهش یافته است.
نمک سدیم تیو سولفات برای تجزیه به S2- به انرژی اکتیواسیون نیاز دارد، در این روش این انرژی از طریق حرارت تامین می شود.[10] با افزایش دما پهنای قله کاهش می یابد که نشان دهنده ی افزایش سایز نانو بلور ها می باشد. افزایش دما باعث افزایش آنتروپی شده سرعت تجزیه ی سدیم تیوسولفات بیشتر می شود[10] و نانو بلور ها در تعامل بیشتر با یکدیگر قرار می گیرند، بنابراین تجمع ذرات در دمای بالا افزایش یافته و سایز
کریستال افزایش می یابد.[11] اندازه کریستال با قرار دادن داده های پیک اصلی در رابطه ی دبای- شرر به دست آمد.[12]
ثابت برابر0.9، طول موج پرتو ایکس تابیده شده برابر 0.154nm ، عرض پیک در نصف ارتفاع بر حسب رادیان، زاویه پراش بر حسب درجه و D اندازه بلورک ها بر حسب نانومتر می باشد. در جدول 1 اندازه کریستالیت نمونه ها با استفاده از روش دبای- شرر ذکر شده است.
جدول:1اندازه نانوذرات کادمیوم سولفید دردماهای متفاوت با روش دبای- شرر
طیف مادون قرمز نمونه ها توسط دستگاه طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - - FT-IR مدل BRUKER®TENSOR27 به منظور تعیین گونه های جذب شده توسط نمونه ها در محدوده ی طول موج 400-4000 cm-1 تهیه شد. شکل2 طیف FT-IR نانو ذرات کادمیوم سولفید را در دماهای متفاوت نشان می دهد. وجود باند پهن در محدوده ی 3400-3850 cm-1 مربوط به ارتعاشات کششی متقارن گروه O-H می باشد.[13] باند جذب در محدوده ی 1623 cm-1به باند نا متقارن - COO - نسبت داده می شود.
وجود باند جذب در محدوده ی 1060-1120 cm-1مربوط به ارتعاشات گروه C-O می باشد.[16] باند جذب در
ناحیه ی 611-723 cm-1 مربوط به ارتعاشات کششی Cd-S می باشد.[17]
شکل:2 طیف FT-IR نانو ذرات کادمیوم سولفید در دماهای متفاوت
خواص نوری نانو ذرات کادمیوم سولفید جذاب و قابل توجه
شکل:1 طیف XRD نانو ذرات کادمیوم سولفید در دماهای متفاوت است. جذب اپتیکی برای نانو ذرات در طول موج 400 تا 700nm به وسیله ی دستگاه UV-Vis اندازه گیری شد. طیف جذب
نانو ذرات کادمیوم سولفید در دماهای 140،160،180و200 ̊C در شکل3 نشان داده شده است،
