بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق با استفاده از امواج فراصوت پودر حجیم MoS2 لایه لایه شد. سپس با استفاده از سانتریفیوژ آبشاري دو بازه توزیع باریک از ضخامت بدست آمد. براي نشان دادن کاهش تعداد لایهها از الگوي پراش اشعه ایکس و تصاویر میکروسکوپ نیروي اتمی - AFM - استفاده شد که این موضوع توسط هر دو آنالیز به خوبی تأیید شد. براي مقایسه خواص اپتیکی و الکتروشیمیایی آنها نیز از هر دو بازه ضخامت به ترتیب طیف جذب UV-Vis و امپدانس الکتروشیمیایی تهیه گردید.
مقدمه
در طبیعت مواد متعددي به شکل حجیم وجود دارند که به دلیل دارا بودن ساختار لایهاي قابلیت تبدیل شدن به مواد دو بعديرا دارند. این مواد از لایههایی با پیوندهاي درون صفحهاي قوي کهبا جاذبه بین لایهاي ضعیف بر هم انباشته شدهاند، تشکیل شدهاند.این وضعیت امکان ورقهورقهکردن و تبدیل این مواد را به لایههاينازك اتمی و مجزا فراهم میسازد. علاوه بر گرافن، مواد دو بعديلایهاي بسیاري شناخته شدهاند. در این میان، ديکالکوژنایدهايعناصر واسطه - TMDCs1 - ، بازهي وسیعی از ویژگیهاي الکترونیکی، اپتیکی، مکانیکی، شیمیایی و حرارتی را از خود نشاندادهاند. ديسولفید مولیبدن - MoS2 - از این خانواده است که در آنگذار از گاف نواري غیر مستقیم در حالت حجیم به گاف نواريمستقیم در حالت تکلایه مشاهده شده است. بسیاري خواص دیگر گزارش شده براي این دسته مواد نیز به مانند گاف انرژي به تعداد لایهها وابستهاند ]١-٣.[ از این رو در این تحقیق سعی شد دو بازه توزیع باریک از ضخامت بدست آید و خواص اپتیکی والکتروشیمیایی آنها مورد مطالعه قرار گیرد.
شرح کار
مواد مورد استفاده در این تحقیق عبارتاند از:و - Sodium cholate - SC که بالافاصله پس از تهیه مورد استفادهقرار گرفتند. ابتدا مقدار مد نظر از SC - به نسبت یک سوم پودر - MoS2 به 100 ml آب دو بار یونزدایی شده اضافهبهشد ومدت 30 دقیقه بر روي استیرر هم خورد تاکاملاً حل شود. سپس 50 mg پودر MoS2 نیز به آن اضافهبر گردید و 30 دقیقه دیگرروي استیرر هم خورد. پس از آن به مدت 10 ساعت تحت امواجفراصوت در حمام التراسونیک قرار گرفت. بعد از اتمام فرآیند،سوسپانسیون حاصل به مدت 24 ساعت ثابت نگه داشته شد تاذرات سنگینتر که متورق نشدهاند ته نشین شوند. بعد از این مرحله سوسپانسیونی که پس از 24 ساعت همچنان پایدار بود بهمنظور جداسازي لایههاي MoS2 جدا گشته و در ادامه تحت آزمایش سانتریفیوژ آبشاري قرار گرفت ]٣-۴.[در این تحقیق سعی شد دو بازه توزیعنسبتاً باریک از ضخامت لایهها بدست آید که بدین منظور دو دور 3000 و 6000 rpmبراي انجام سانتریفیوژ انتخاب گردید.
نتایج و بحث:
الگوي پراش اشعه ایکس: شکل -1الف الگوي پراش اشعه ایکس پودر حجیم MoS2 را نشان میدهد. این الگو منطبق برکارت استاندارد 00-006-0097 میباشد که مربوط به فاز 2H-
MoS2 با ساختار شبکه ششگوشیپراشاست. در شکل 1 الگوي اشعه ایکس مربوط به بخش ته نشین شده بعد از عملیات متورق سازي - شکل -1ب - و لایههاي MoS2 با دو بازه ضخامت مختلف - شکل -1ج و د - نیز با هم مقایسه شدهاند. کاهش شدت قله - 002 - و حذف بقیه قلهها - شکل -1ج و د - نشان از تبدیل پودرحجیم به ساختار لایهاي با همان ساختار شبکه ششگوشی در فازاست. 2H در شکل -1ج و -1د براي تشخیص بهتر قله 002 - ، - نمودار باز شده این الگو درون شکل اصلی نشان داده شده است.
میکروسکوپ نیروي اتمی : - AFM - شکل 2 تصویرهايمربوط به میکروسکوپ نیروي اتمی - AFM - را نشان میدهددر.سمت راست، تصویر و در سمت چپ، نمودار ضخامت مربوط به صفحاتی که درشکل مربوطه با پیکان نشان داده شدهاند قرار دارد.براي تعیین اندازه بازه توزیع ضخامت و دستیابی به یک مقدارمیانگین،تقریباً بر روي تمام لایههاي مشاهده شده در تصویر اندازهگیري انجام شده و این نمودارهاي ضخامت به عنوان نمونهدر شکل ارائه شدهاند. شکلهاي -2الف-1 و -2الف-2 مربوط بهلایههاي جدا شده با دور 6000 rpm میباشند. براي این نمونه بازه بدستتوزیع ضخامتآمد . 6 nm-4 شکلهاي -2وب--2 1ب-2 نیز مربوط به لایههاي جدا شده با دور 3000 rpm میباشند.
براي این نمونه بازه توزیع بدستضخامتآمد. طیف جذب :UV-Vis شکل 3جذب-الف مربوط به طیف UV-Vis پودر حجیم MoS2 است. همان طور که مشاهده میشودهیچ قله جذب مشخصی در بازه طول موج 400تا وجود700 nmندارد. در شکل -3ب طیف جذب UV-Vis مربوط به لایههاي جدا شده با دورهاي 3000 و 6000nm با هم مقایسه شده است.منحنی آبی رنگ بالایی مربوط به لایههاي سانتریفیوژ آبشاري شده با دور 3000 rpm میباشد. در این طیف دو قله مشخص مربوطبه جذب اکسایتونی در طول موجهاي 610 و 663 nm ظاهر شده-اند که مربوط به گذارهاي ناشی از نقطهشکافتگی اسپین-مدار درK از سلول واحد فاز 2H میباشند. قلههاي جذب که به ترتیب درطول موجهاي 442 و 395 nm ظاهرگذارهايشدهاند مربوط بهعمیق بین چگالی حالتهاي الکترونی در تراز ظرفیت و هدایتهستند. منحنی قرمز رنگ پایینی مربوط به لایههاي سانتریفیوژآبشاري شده با دور 6000 rpm میباشد که ضخامت آنها کاهش پیدا کرده است. همان طور که مشاهده میشود مکان قلههاي ذکرشده به طول موجهاي کوچکتر انتقال یافته است.
