بخشی از مقاله
چکیده -
مقاله حاضر، به کاوش تاثیر غلظت پیشمادهها بر خواص نوری نانوبلورهای Cd1-xZnxTe رشدیافته در محیط آبی اختصاص یافته است. ویژگیهای اپتیکی خطی با طیف جذبی UV-vis و طیف فتولومینسانس PL، و غیرخطی با روش روبش z بررسی شده است. با افزایش غلظت پیشمواد، قله نورتابی و جذب به سمت طول موجهای کوتاهتر انتقال یافته، پهنای طیف PL بیشتر شده و از شدت نورتابی کاسته میشود. برای بررسی ضرایب غیرخطی مرتبه دوم، آزمایش انجام شده بر روی نانو بلورهای Cd1-xZnxTe با کمک لیزرهلیم-نئون پیوسته با طول موج 632/8 nm با روش روبش-z می باشد. نتایج نشان می دهد با افزایش غلظت مواد اولیه، ضریب شکست غیرخطی کاهش و ضریب جذب خطی افزایش می یابد.
-1 مقدمه
نانوبلورهای نیمرسانای گروه II-VI با داشتن پتانسیل کاربردی قابل ملاحظه در سلولهای خورشیدی، قطعات نورتاب و نشانگرهای زیستی، موضوع بسیاری از تحقیقات هستند .[1] وابستگی نورتابی نانوبلورها به اندازه آنها، سبب شده است تا در سالهای اخیر ساخت نانوآلیاژهای سهتایی به واسطه کنترل ترکیب اجزاء سازنده مورد توجه قرار گیرد. به دلیل تازگی موضوع، تاکنون مطالعات کمی روی تولید نانوبلورهای آلیاژی با روشهای شیمیایی کلوئیدی انجام شده است.
این روشها که قابلیت ساخت و انعطافپذیری خوبی در تغییر اندازه و شکل نانوبلورها نشان دادهاند، برحسب محیط واکنش و آبدوستی پیشمادهها میتواند به دو نوع آلی و آبی تقسیم شوند . در فرایند رشد آبی، واکنش سریع بین یونهای پیشماده و سپس رشد آرام نانوبلورها در دمای 100 C و کمتر از آن میتواند منجر به هستهزایی و رشد آرام بلوری شود. در مقایسه با روش آلی، تولید آبی در دمای پایینتر، با ابزار سادهتر و با هزینه کمتری انجام شده و دارای سازگاری زیستی است.
در حال حاضر گزارشی درباره نانوبلورهای در محلول آبی ارائه نشده است. به دلیل مزایای گفته شده، ما روش آبی را برای تولید این نانوبلورها انتخاب کرده و به طور خاص در این مقاله اثر غلظت پیشمواد در نورتابی و نیز ویژگیهای نوری غیرخطی نانوذرات فوق را مطالعه نمودیم.
بررسی فرآیندهای نوری غیرخطی مواد از موارد مهم در اپتیک میباشد. در سالهای گذشته با فرض خطی بودن مواد رابطه قطبش در یک محیط تا مرتبه اول میدان بررسی میشد. بعدها با بهکارگیری لیزرهای پرتوان وابستگی مرتبه-های بالاتر قطبش به میدان الکتریکی زمینه را برای اپتیک غیرخطی و مطالعه این رفتار در مواد فراهم نمود. در این مقاله به بررسی ضریب شکست غیرخطی نانوبلورهای Cd1-xZnxTe به کمک روبش-z پرداختهایم.
-2 بخش آزمایشگاهی
ساخت نانوبلورهای آلیاژی Cd1-xZnxTe با استفاده از سدیم بروهیدرید، پودر تلوریوم، استاتکادمیوم2آبه، تیوگلیکولیک-اسید - - TGA، استات روی 2آبه و NaOH در آب دییونیزه، و سپس رفلاکس محلول انجام شده است. در این تحقیق غلظت محلول اولیه از 12 تا 24 میلیمولار برای عامل-پوششی TGA تغییرکرده است.
مشخصه یابی: طیفنگاری جذبی UV-Vis با اسپکترومتر UNICO مدل UV-4802 و طیف PL با اسپکترومتر Avantes مدل - - AvaSpec-2048 TEC و تمام اندازه- گیریها در دمای اتاق انجام شده است.
چیدمان آزمایشگاهی روبش-z با دریچه بسته در شکل - 1 - نشان داده شده است. در این آزمایش، که برای اندازه گیری ضریب شکست غیرخطی به کار میرود، با جابجا کردن نمونه حول نقطه کانون با گامهای 1 میلی متر و اندازه گیری شدت پرتو پس از عبور از دریچه میتوان مقدار گذردهی را بر حسب فاصله رسم نمود
شکل:1 چیدمان آزمایشگاهی روش روبش-z با دریچه بسته.
-3 نتیجهگیری و بحث
طیفهای جذبی - UV-Vis - و نورتابی - PL - نانوبلورهای Cd1-xZnxTe برای x=0.4، در غلظتهای 12،18و24 میلی-مولار از عامل پوششی TGA، در شکلهای 2و3 آمده است. همه نمونهها به مدت یکسان حرارت داده و رفلاکس شده-اند. موارد مختلفی را میتوان در طیفهای جذب و تابش مشاهده کرد که در ادامه به شرح آنها پرداخته میشود:
مورد اول اینکه، قله نورتابی و جذب با کاهش غلظت پیش-مواد به سمت طول موجهای بلندتر انتقال یافته است. این پدیده با توجه به چگونگی رشد آبی نانوبلورها توضیح داده میشود؛ فرآیند رشد میتواند به دو مرحله تقسیم شود؛ مرحله ابتدایی رشد آبی نانوذرات به واسطه واکنش بین HTe- با Cd2+ وZn2+ در حضور عوامل پوششی در دمای اتاق انجام شده و افزایش دما، سبب شکلگیری خوشههای اولیه یونی مانند میشود
هرچند شکل دقیق مونومرهای تشکیل شده در محیط آبی کاملاً مشخص نیست، ولی میتوان از ترکیبی چنین خوشه-های اولیهای و کمپلکسهای مشتق شده از واکنش بین یونهای-HTe با Cd2+ و Zn2+
در حضور عامل پوششی، به عنوان مونومرهای موجود در محلول نام برد. مرحله دوم،م رشد به وسیله حرارت است که با مکانیسم رشد اسوالد رایپنینگ قابل توضیح است.
شکل :2 طیف جذبی UV-vis نانوبلورهای Cd1-xZnxTe برای سبزی خرد کن x=0.4 و غلظتهای مختلف پیشمواد - غلظت TGA ذکر شدهاست - .
شکل :3 طیف PL نانوبلورهای Cd1-xZnxTe برای x=0.4 و غلظت-های مختلف پیشمواد - غلظت TGA ذکر شدهاست؛ طول موج تحریک همه نمونهها 360 نانومتر است - .
بنابراین هرچه غلظت مواد اولیه کمتر باشد، مرحله اول شتاب میگیرد و به دنبال آن رشد آرام بلوری بر اساس اسوالد رایپنینگ سریعتر آغاز میشود؛ پس با کاهش غلظت پیشمواد پس از گذر زمان یکسان و با دمای رفلاکس معین، اندازه نانوذرات بزرگتر خواهد شد که به صورت انتقال به طولموجهای بلندتر در نمودار طیف جذب و قله نورتابی قابل مشاهده است.
مورد دوم، افزایش شانه جذب با افزایش غلظت پیشمواد در طیف جذبی است. با توجه به آنکه شانه جذب نشاندهنده مقدار نانوذرات تشکیل شده در محلول است، واضح است که با افزایش غلظت یونهای Cd2+، Zn2+ و-HTe در محلول هستههای بیشتر و به دنبال آن نقاط کوانتومی بیشتری تولید میشود که آن را در افزایش شانه جذب میتوان دید.
مورد سوم که در بررسی طیف نورتابی مشاهده میشود، کاهش شدت نورتابی با افزایش غلظت پیشمواد است. ابتدا باید توجه کرد که بهطورکلی موقعیت قله نورتابی نسبت به لبه جذب در هر نمونه شیفتی به سمت طولموجهای قرمز دارد که به این معنی است که نورتابی نانوبلورهای Cd1-xZnxTe لبهنواری نبوده و حاصل نقصهای سطحی و یا درونحجمی است - که تفاوت این دو از روی طیف تابش یا جذب به تنهایی قابل تشخیص نیست - ، به این معنی که سرهای آویزان Cd2+ وZn2+ روی سطح هستند که منجر به نورتابی در این نانوبلورها میشوند؛ حال وقتی غلظت پیش-مادهها کم باشد، واکنشهای اولیه به طور کامل و درست انجام شده که منجر به شکلگیری خوشهها و هستههای موردنظر و درنهایت نانوبلورهای CdZnTe میشود؛ اما با افزایش غلظت پیشمواد، فرصت انجام کامل واکنشهای اولیه فراهم نیست و به دنبال آن خوشهها و هستههای شکل گرفته بیشتر به هم میچسبند که منجر به کاهش نسبت سطح به حجم نانوذرات در محلول و درنتیجه کاهش نورتابی، که رابطه مستقیم با این نسبت دارد، میشود؛ نهایتاً این پدیده به صورت افت قله نورتابی با افزایش غلظت پیش-مواد در طیف PL مشاهده میگردد.
مورد دیگری که با افزایش غلظت پیشمادهها در طیفهای جذبی و نورتابی میتوان دید، پهن شدن این طیفها است. باریکی و تقارن طیف جذب و نورتابی نشان از توزیع اندازه یکنواخت و باریک در مرحله ابتدایی رشد آبی نقاطکوانتومی دارد. افزایش غلظت پیشمادهها، امکان اینکه واکنشهای اولیه و تشکیل مونومرها و به دنبال آن رشد بلوری نانوذرات، به طور همزمان یا با فاصله زمانی کم در هر قدم انجام شود را کاهش میدهد که سبب گسترده شدن توزیع اندازه نانوآلیاژها میشود که در مقایسه به صورت افزایش پهنای نسبی طیف جذبی و نورتابی نمایان است. به عبارت دیگر
نانوبلورهای تولید شده در غلظت پیشماده
کمتر نسبت به نانوبلورهای تشکیل شده در غلطتهای بالاتر کیفیت بهتری دارند؛ هرچند در کل، همه نانوذرات تولید شده در غلظتهای موردنظر، طیفهای جذب و نورتابی تیز و متقارنی را نشان میدهند و بحث فوق به لحاظ مقایسهای مطرح است. برای محاسبه ضریب جذب خطی ماده، ، از چیدمان محدودشدگی اپتیکی،OL، استفاده می کنیم
