بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، نانوذرات ZnS و ZnS:Fe بهروش شیمیایی - هیدروترمال - با عامل پوششی PVP تهیه شدهاند. یونهای فلزی آهن با غلظت 0,1 درصد به نانوذرات ZnS اضافه شده است. سپس نانوذرات تهیهشده، بهکمک طیفسنجی ماوراءبنفش - UV-vis - ، طرح الگوهای پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مشخصهیابی شده اند . طیف ماوراء بنفش برای هر دو نمونه قله-هایی در محدوده 260 نانومتر وشکافهای انرژی برای ZnS و ZnS:Fe بهترتیب 4 و 3,8 الترون ولت بهدست آمد.اندازه نانوذرات حدود 40 نانومتر بهدست میآید. ضریب جذب خطی نمونهBها بهروش محدودشدگی نوری - - OL بهBدست آمده است. برای بررسی ضرایب غیرخطی مرتبه دوم ، روش روبش – z توسط لیزر پیوسته هلیوم - نئون با طول موج 632,8 نانومتر بهکار برده شده است که برای هر دو نمونه ضریب جذب غیرخطی از مرتبه 10-3 cm/W و ضریب شکست غیرخطی نیز از مرتبه10-8 cm2/W بهدست آمد.
واژگان کلیدی: نانوذرات ZnS، نانوذرات ZnS:Fe، ضرایب نوری غیرخطی، روش روبش-z
مقدمه
در چند دهه اخیر توجه زیادی به ابعاد نانو شده است، زیرا در این ابعاد مواد خواص منحصربهفردی نسبت به حالت حجیم خود نشان میدهند که گاهی برخلاف خواص مشاهده شده در نمونههای حجیم آنها است - . - Gen-Tao et al.,2005 نانو بلورهای نیمهرسانا باتوجه به خواص الکترونیکی و نوری منحصربهفردی که وابسته به خواص مختلفی از قبیل اندازه، شکل وترکیب آنها است، توسعه یافتهاند. این خواص نوری و الکترونیکی با توجه به اثرات حبس کوانتومی ناشی از اندازه نانومتری ذرات بهوجود میآیند - ZnS . - W.Prombo,2009 یکی از مهمترین نیمهرساناهای ترکیبی گروه II و IV است - R.Mohd Ibrhim et . al.,2014 - که بهویژه برای استفاده بهعنوان ماده میزبان برای ناخالصیهای گوناگون مناسب است - Gen-Tao et al.,2005 - . این استفاده به دلیل شکاف انرزی عریض - 3,75eV - آن است - ZnS. - Subhajit Biswas et al.,2005 از نوع مواد با شکاف انرژی مستقیم وغیرسمی است - . - R.Mohd Ibrhim et al.,2014
موارد استفاده ZnS در تجهیزات لایه نازک الکترولومینسانسی - Gen-Tao et al.,2005 - ، لیزرها ونمایشگرهای صفحه تخت هنگامیکه با یونهای دوظرفیتی منگنز آلاییده میشوند - Subhajit Biswas et al.,2005 - و نیز تجهیزات کاتدولومینسانس در مقایسه باکالکوژنهای دیگر نظیر ZnSe ، HgS و PbS است - . - Li Zhang et al.,2012بسیاری از تحقیقات گزارش میدهند که نیمهرساناهای ZnS باآلایندههایی از فلزات واسطه یک رده جدید از مواد درخشان را باتوجه به ایجاد ترازهای ناخالصی درمحدوده گافهای نواری و تغییر ساختار نواری نشان میدهند - R.Mohd Ibrhim et. - al.,2014 محاسبات بر روی نانوساختارهای Zn1-xXxS گزارش میدهند که این مواد میتوانند زمانیکه X یکی از مواد آهن،کبالت و یا نیکل باشد، فرو مغناطیس باشند.
در حالیکه خواص انواع نانو ذرات و نانو سیمهای ZnS آلاییده با فلزات بهطور گستردهای مورد بررسی قرار گرفتهاند، توجه بسیار کمتری برروی خواص مغناطیسی نانوساختارهای ZnS آلاییده با فلز شده است . - Taejoon Kang et al.,2009 - خواص نوری غیرخطی - - NLO نانوبلورهای نیمهرسانا بهخاطر قابلیت غیرخطی بزرگ و زمان پاسخ کوتاه توجه زیادی را بهخود جلب کرده است - . - Z.Dehghani e al.,2011 روش روبش-Z روشی ساده و حساس برای تعیین بزرگی و علامت غیرخطیت نوری مواد است - . - Z.Dehghani e al.,2013اخیرا روشهای ساخت مختلفی برای کنترل اندازه و شکل نانو بلورهای ZnS آلاییده شده توسعه یافتهاند از قبیل رسوبدهی فاز جامد دمای بالا ، روش ترابری دمای شیمیایی، روش سنو شیمیایی ، تابش امواج میکرو، سنتز کلوئیدی، هیدرو ترمال وغیره.
ازمیان روشهای مختلف ساخت، روش هیدروترمال توجه خاصی رابهخود جلب کرده است زیرا نیاز به دمای نسبتا کمتری درمقایسه با روشهای مرسوم ذکر شده در بالا دارد و نیز سیستم واکنشی بسته است، که میتواند بهطور مؤثر از پدیده اکسایش و آلودگی زیست محیطی جلوگیری کند - . - Li Zhang et al.,2012در این مقاله ابتدا نانو ذرات ZnS و ZnS:Fe با روش هیدروترمال ساخته شدند . ساختار و شکل بلوری نانوذرات بهوسیله XRD و SEM بررسی شدهاند. خواص نوری خطی نانوذرات ZnS و ZnS:Fe توسط UV-vis و محدودشدگی نوری - - OL و خواص غیرخطی آنها ازجمله ضریب شکست غیرخطی n2 وضریب جذب غیرخطی β بهترتیب توسط روش روبش Z– با روزنه بسته و باز مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق
روش ساخت نانو ذرات ZnS و ZnS:Fe
1 میلیمول ZnCl2 ، 1,5 میلیمول تیاوره، 0,55 گرم PVP ، 40 میلیلیتر اتیلن گلایکول و 0 ,015 میلیمول Fe را با هم مخلوط کرده و تحت همزدن یکنواخت قرار میدهیم، زمانیکه محلول یکنواخت شد آنرا به ظرف تفلون اتوکلاو منتقل کرده و اتوکلاو در کوره تحت دمای 200 درجه بهمدت 5 ساعت قرار گرفته است. بعداز این مدت اجازه داده تا اتوکلاو بهBطور طبیعی همایش ملی علوم و فناوری نانو خرداد ماه 1395به دمای اتاق برسد . سپس محصول نهایی را سه مرتبه تحت شستشو با اتانول و آب دیونیزه در سانتریفوژ قرار داده و در انتها رسوب بهدست آمده را به مدت 2 ساعت در آون خلا در دمای 80 درجه سانتیگراد خشک میکنیم.برای هدف ما، رسوبات حاصله با اتانول به محلول 0,001 مولار تبدیل میشود. رسوبات و محلولهای حاصله با استفاده از طیفسنجی UV-vis ، XRD و SEM مشخصهیابی میشوند و بهمنظور بررسی خواص نوری خطی و غیر خطی روش محدودشدگی نوری و روبش-Z مورداستفاده قرار گرفت که به اختصار در ادامه میآید.
روش روبش z–
در روش روبش-z از چیدمانی نظیر آنچه در شکل - 1 - نشان داده شده است، استفاده میشود . لیزر مورداستفاده در این چیدمان، لیزر پیوسته هلیوم- نئون با طول موج 632,8 نانومتر و عدسی محدب با فاصله کانونی 8 سانتیمتر میباشد. توان ورودی لیزر 40 میلیوات و قطر پرتو لیزر در فاصله کانونی 34 میکرومتر است.آزمایش روبش Z- با دریچه بسته برای اندازه گیری مقدار و علامت ضریب شکست غیرخطی مورد استفاده قرار میگیرد. فاصله مابین گذارهای دره- قله نرمال در z=0 وr= 0 چنین معرفی میشود؛که بهکمک این فرمول - 1 - و با کمک نمودارهای بهدست آمده در حالت دریچه بسته میتوان جابجایی فاز را یافت. یک بیشینه گذردهی - قله - قبل از کانون و به دنبال آن یک کمینه گذردهی - دره - بعد از کانون نشاندهنده ضریب شکست غیرخطی منفی میباشد. ترکیب قله-دره برای ضریب شکست غیرخطی مثبت عکس این وضعیت میباشد.روش روبش z– با دریچه باز - s=1 - برای محاسبه ضریب جذب غیرخطی بهکار میرود. منحنی مربوط به روبش-z بدون روزنه در نقطه کانون یک کمینه گذار - جذب چند فوتونی - یا بیشینه گذار - اشباع جذب - دارد. در واقع ، ضرایب جذب غیرخطی به-راحتی از منحنیهای گذار و فرمولهای زیر بهدست میآید.
