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 دمای 180 ̊C در PH های 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 PH افزایش پیدا می کند. مطابق محاسبات انجام شده گاف انرژی نانو ذرات با افزایش PH 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 مشاهده شد با افزایش PH ساختار نانو ذرات از نانو میله به کروی تغییر کرد.
مقدمه
نانوکریستال های نیمه رسانای گروه II-VI پتانسیل زیادی برای کاربرد درگستره ی وسیعی از قطعات دارند. ازمیان نانوکریستال های نیمه رسانا، سولفید کادمیوم به دلیل پاسخ اپتیکیغیرخطی نسبتاً بزرگ، فعالیت فوتوکاتالیستی، خواص نورتابی مربوط به قطعات اپتوالکترونیکی، ذخیره سازی داده های اپتیکی و سرعت بالای ارتباطات اپتیکی بسیار مورد توجه قرارگرفته است
کادمیوم سولفید داری گاف انرژی مستقیم2.42 ev می باشد.[5] 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 ترمودینامیکی پایدار و از گونه های کمیاب محسوب می شود
از 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
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.
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. لازم به ذکر است PH اولیه ی محلول می باشد. با اضافه کردن محلول آمونیاک به صورت قطره ای به محلول واکنش PH محلول در PH8,10,12 تنظیم شد.
سپس هر کدام از نمونه ها را به طور جداگانه به داخل اتوکلاو 100 ml انتقال داده و به مدت 6 ساعتدر آون در دمای 180 ̊C قرار داده شد. پس از سرد شدن محلولداخل 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 زوایای2 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 اتانولپ 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 PH های متفاوت در شکل 1 نشان داده شده است. پیک ها در زوایای 2 24.9 ,̊ 26.3 ,̊ 28 ,̊ 43.7 ,̊ 47.7 ,̊ 51.7 ,̊ 54.5 ̊ 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
در صورتی که در زوایای̊26.3 ̊، ̊43.7و 51.7 در هر دو فاز هگزاگونال و زینک بلند وجود دارد، اما با توجه به عدم پیک در30.83 ̊ که یکی از زوایای تفرق اصلی در فاز زینک بلند به حساب می آید، می توان فاز کریستالی به وجود آمده را هگزاگونال در نظر گرفت.[11] همانطور که مشاهده می شود در PH12 طیف دارای قله های اضافی در2 23.5 ,̊30.2 ,̊49.9 ̊ که با استفاده از نرم افزار X'Pert HighScore و قله های در محدوده ی 1420,850 cm -1 در آنالیز FT-IR، مربوط به پیوند بین C و H می باشد
این ناخالصی به دلیل یون های حل نشده سورفکتانت پلی اتیلن گلایکول400 می باشد. با افزایش PH از 6 تا 10 شدت قله ها در صفحه های - - 100 - , - 002 - , - 101 - , - 110 - , - 103 - , - 112بیشتر می شود که نشان می دهد نانو بلورها در این صفحه ها بیشتر از دیگر صفحه ها گرایش به رشد دارند. در PH12 به دلیل وجود ناخالصی رشد نانو بلورها در این جهت ها کاهش پیدا می کند. باریک شدن قله ها با افزایش PH نشان دهنده ی افزایش سایز نانو بلورها می باشد. در PH پایین یون S2O3 2- سریع تر تفکیک می شود
در حالی که در PH بالا واکنش آرام است، سرعت تشکیل نانو ذرات کاهش می یابد و واکنش تنها در کنار سطح اتفاق می افتد، در نتیجه سایز ذره زیاد شده و هسته زایی کم می شود، از این رو تراکم ذرات ثابت و کنترل رشد نانو ذرات افزایش می یابد.[14] اندازه کریستال با قرار دادن داده های پیک اصلی در رابطه ی دبای- شرر به دست آمد.
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: 1 اندازه نانو ذرات CdS در PH 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 PH های متفاوت نشان می دهد.
وجود باند پهن در محدوده ی 3400-3850 cm-1 مربوط به ارتعاشات کششی متقارن گروه O-H می باشد.[16] باند جذب در محدوده ی 1623 cm-1به باند نا متقارن - COO - نسبت داده می شود.[17,18] قله ی جذب در محدوده ی 1380 -1420 cm-1 مربوط به باند خمشی C-H از CH3 می باشد[12]؛ این قله در نمونه ی با PH12 مشاهده شد.
وجود باند جذب در محدوده ی 1060-1120 cm-1 مربوط به ارتعاشات گروه C-O می باشد[12]؛که با افزایش PH این قله کاهش پیدا کرده است. در PH12 حضور یک قله شارپ در 850 cm-1 مشاهده شد که نشان دهنده ی باند کششی گروه C-H می باشد.[12] باند جذب قوی در ناحیه ی 611-723 cm-1 مربوط به ارتعاشاتکششی Cd-S می باشد.
شکل:1 طیف XRDنانو ذرات CdS در PH های متفاوت
شکل:2 طیف FT-IRنانو ذرات CdS در PH های متفاوت
