بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با الهام از گل نیلوفر به روشی ساده و سریع لایه نازک آبگریز ساختیم. لایه های نازک اکسید مس یک - Cu2O - بر روی زیرلایه شیشه، به روش حمام شیمیایی - CBD1 - با پیش ماده سولفات مس، ساخته شدند. ما 5 لایه با ضخامت های مختلف را به منظور بررسی خاصیت آب گریزی لایه های اکسید مس تهیه کردیم. به منظور مطالعهمورفولوژی و ترکیب شیمیایی این سطوح از میکروسکوپ نیروی اتمی، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی فراینفش- مرئی، دستگاه تعیین زاویه تماس چیده شده در آزمایشگاه و پروفایلومتری استفاده کردیم. بالاترین زاویه تماس مربوط به نمونه با ضخامت تقریبی 220 نانومتر بدون بهبود دهی ثانویه با بازپخت و اسیدهای چرب برابر 112 3 درجه است.
مقدمه
توجه به سطوح با ترشوندگی ویژه در زمینه کاربرد در صنعت از جمله روکشکاری سطوح ساختمانها، هواپیماها و شیشه هایی که در معرض آلودگی محیطی قرار دارند، محققان را بر آن داشته است
که تحقیقات در این حوزه را گسترش ویژهای دهند1]و.[2 در بین این سطوح، سطوح فوق آبگریز بهعلت عدم تمایل به برقراری تماس با آب، مزیت بالاتری در کاهش اتلاف ماده و انرژی دارند. از جمله مواد فوق آبگریزی که اخراًی مورد بررسی قرار گرفته اند اکسیدهای فلزی و بهویژه اکسید مس است. خانواده اکسیدهای مس - CuxO - به علت خواص ویژه نوری، الکتریکی، گرمایی و مغناطیسی بسیار مورد توجه هستند. ساختار نانومتری این مواد سبب بهبود خواص آنها شده و ویژگیهای یکتایی از خود نسبت به حالت کپهای نشان داده است.
سه فاز مستقل اکسید مس CuO، Cu2O و Cu4O3 هستند که میتوانند به روشهای مختلفی بهطور شیمیایی یا فیزیکی لایهنشانی شوند.[3] در این تحقیق ما به روشی جدید و سریع لایه اکسید مس یک - Cu2O - را که دارای ساختار مکعبی است ساخته و خواص ترشوندگی آن با تغییر ضخامت را بررسی کردیم. تحقیقات نظری محققان بر روی ساختار انواع مختلف اکسیدهای مس به کمک نظریه تابعی چگالی نشان از آن دارد که اکسید مس یک انرژی سطحی پایینتر و در نتیجه آبگریزی بهتری دارد. این ماده به رنگ قرمز است.
جزئیات تجربی
ابتدا با ترکیب یک به پنج محلول آبی سولفات مس در محلول آبی سدیم تیوسولفات، تیوسولفات مس تولید می کنیم. سپس محلول آبی سدیم هیدروکسید را تحت دمای 75 درجه سانتیگراد تهیه می کنیم. به منظور لایه نشانی ابتدا شیشه را به مدت 20 ثانیه در محلول گرم سدیم هیدروکسید قرار می دهیم تا یونهای هیدروکسید - آنیون - به سطح شیشه بچسبد. سپس شیشه را به مدت 20 ثانیه در محلول تیوسولفات مس قرار می دهیم تا یونهای مس - کاتیون - در سطح شیشه با آنیونها ترکیب شده و لایه Cu2O - کوپریت - 2 بر روی شیشه تشکیل شود.
سپس نمونه را به مدت 10 ثانیه در آب دو بار تقطیر قرار میدهیم تا آنیون های واکنش نداده؛ شسته شوند. این پایان یک بار لایه نشانی است.[4] پس از سه بار لایه نشانی، لایه بسیار نازک و شفاف زرد رنگ برروی شیشه ایجاد میشود. با افزایش تعداد لایهها به غلظت رنگ لایه افزوده میشود. به منظور بررسی این نمونهها از آنالیزهای پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی، دستگاه تعیین زاویه تماس، پروفایلومتری و طیف سنجی فرابنفش-مرئی استفاده کردیم.
نتایج و بحث
به منظور تعیین تعداد لایه مناسب جهت داشتن خاصیت آبگریزی، نمونه هایی با 4، 7، 10، 13و 16 لایه بهترتیب با ضخامت های متوسط 94 ، 134، 220، 325 و 347 نانومتر، به روش پروفایلومتر سوزنی با خطای متوسط 10 نانومتر، با نامهای C1 تا C5 ساختیم. که طیف پراش پرتو ایکس نشان داده شده در شکل1 به خوبی نشان دهنده تشکیل لایه کوپریت برروی سطح است.
شکل :1 طیف پراش پرتو ایکس C5 نشان دهنده تشکیل لایه کوپریت بر روی شیشه است. - کارت . - JCPDS 05-0667 به علت نازکی دیگر لایهها، در طیف گرفته شده تنها طیف شیشه مشاهده شد؛ اما به علت کم بودن ضخامت لایهها و طبق شکلهای 2 و 3 میتوان گفت با تغییر ضخامت، لایه همچنان کوپریت باقی میماند.[7] همچنین نتیجه بررسی طیف عبوری نور فرابنفش- مرئی از نمونه ها در شکل 2 قابل مشاهده است.
شکل :2 طیف عبور نور مرئی از نمونههای با ضخامتهای مختلف. شدت عبور نشان داده شده ناشی از عبور نور از دو لایه کوپریت و همچنین شیشه است. به منظور تعیین برآیندی از مقدار گاف اپتیکی ماده از روش تاک استفاده شده است.[7] طبق شکل 3 در نمونه با 4 لایه به علت ساختار ناپیوسته و بسیار نازک، گاف نمونه به گاف زیرلایه - 4H9 - نزدیک است. اما در لایههای ضخیمتر گاف با تغییر ضخامت تقریباً ثابت مانده و برابر 2.4 eV و در بازه گاف گزارش شده برای کوپریت در مقالات است.[8] همانطور که در مقاله نیکام هم مشاهده میشود گاف لایه ساخته شده به این روش در ضخامت های کمتر از 700 نانومتر، تغییر محسوسی از مقدار 2.4eV ندارد.[8]
شکل :3 گاف انرژی در نمونه های با ضخامت های مختلف. کوپریت دارای ساختار مکعبی و گاف مستقیم است. در نتیجه به منظور تعیین گاف انرژی باید منحنی 2 بر حسب انرژی فوتون فرودی رسم شود.
شکل :4 نتیجه بررسی ترشوندگی سطوح کوپریت با ضخامت های مختلف. بالاترین زاویه تماس مربوط به نمونه 10 لایه و برابر 112-3 درجه است. به منظور بررسی علت این پدیده از آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی بهره بردیم - شکل . - 5 در C1 لایه پیوستگی نداشته و ساختار دانهای مشاهده نمیشود، میتوان گفت دارای ساختار سبدی است و بین دانههای مجزا اتصالاتی به منظور تشکیل لایه های بعدی ایجاد شده است. اما در C2 ساختار دانهای کامل شده است. با افزایش تعداد لایه ها اندازه دانه تغییر محسوسی میکند.
