بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله نانوذرات مس/ اکسید مس - - 1 به روش کندگی لیزر تپی Ce:Nd:YAG ساخته شدند و سپس به روش حرارت دهی در حضور اکسیژن نانوذرات سنتز شده تبدیل به نانوذرات اکسید مس - - 2 شدند. نوع هدف، محیط کندگی و پارامترهای لیزری میتوانند درترکیب نانوذرات نهایی سنتز شده موثر باشند. صفحه مس خالص - 99/%98 - در محیط آب تثبیت شده و در معرض تابش تپی هماهنگ اصلی لیزر Ce:Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر، پهنای تپ 8 نانوثانیه و نرخ تکرار10 هرتز قرار داده شد. نتایج نشانمی دهد تابش لیزری 1064 نانومتر روش مناسب و قابل انعطافی برای تهیه نانوذرات مس/ اکسید مس - - 1 در آب می باشد. روش حرارت دهی یک روش ساده برای تبدیل این نوع نانوذرات به اکسید مس - - 2 می باشد. نانوذرات ساخته شده با روش های طیف سنجی جذب مرئی/فرابنفش - UV-Vis - ، پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، مشخصه یابی شدند.گاف نوار انرژی نانوذرات نیزتعیین شد. تصاویر SEM نشان داد که اندازه میانگین نانوذرات حدود 45 نانومتر میباشد. طیف جذبی و الگوهای پراش XRD شکل گیری نانوذرات Cu / Cu2O و نانوذرات CuO در نمونه را تائید میکند.
کلید واژه- کندگی لیزر تپی، سریوم -نئودیمیوم- یاگ، نانوذرات مس/ اکسید مس - 1 - ، اکسید مس - 2 -
-1 مقدمه
در سال های اخیر نانوذرات اکسید فلزی با توجه به خواص منحصربفردی که در زمینه های اپتیکی، مغناطیسی، الکترونیکی، مکانیکی و فوتوکاتالیستی دارند، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است.[ 1] در این میان نانوذرات اکسید مس به خاطر اهمیت آنها در فناوری مدرن، دستیابی آسان به آنها، مقیاسپذیری، خواص ضدباکتریایی، ضد زنگ، خاصیت ابرآبدوستی، غیر سمی بودن و داشتن مقاومت الکتریکی بالا بسیار مورد توجه می باشد. نانوذرات اکسید مس نیم رسانای نوع-p بوده و گاف نواری آن در محدوده نور مرئی می باشد توجه به گاف نواری در محدوده مرئی میتواند کارایی فوتوکاتالیستی بالایی را در حضور نور طبیعی داشته باشد. تا کنون روش های مختلفی برای ساخت نانوذرات اکسید مس استفاده شده است. از میان این روشها ، کندگی لیزری تپی بر روی یک هدف فلزمس در محیط مایع در سالهای اخیر قابل توجه محققان بوده است.[2-5]
در این روش نانوذرات فلزاتی مانند مس بدون بجا گذاشتن پسماند شیمیایی تولید می شوند و با کنترل مشخصات پرتو لیزر از جمله طول موج، فرکانس، اندازه لکهو شدت لیزر می توان به کنترل مشخصات نانوذرات پرداخت. نتایج تحقیقات نشان می دهد که اکسید مس - - 1و اکسید مس - 2 - را می توان از محیط مایعی که دارای اکسیژن هستند به دست آورد. البته مقدار pH مایع و اندازه لکه لیزر می تواند فاز نانوذرات اکسید مس را از CuO به Cu2O و بالعکس تغییر بدهد.[6-7] در این پژوهش برای ساخت نانوذرات Cu/Cu2O، ورقه مسی خالص در محیط آب دوبار یونیزه شده، تحت تابش لیزر تپی Ce:Nd:YAG قرارگرفت. نانوذرات آماده شده با روش حرارت دهی، به نانوذرات CuO تبدیل شدند و در نهایت ویژگی های نوری وساختاری نانوذرات ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت و با روش های طیف سنجی جذب مرئی/ فرابنفش UV- - - Vis، پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، مشخصه یابی شدند.
-2 نحوه تهیه نانوذرات
برای ساخت نانوذرات Cu2O از تپ پایه 8 نانوثانیه لیزر Ce:Nd:YAG به طول موج 1064 نانومتر و فرکانس تکرار10 هرتز استفاده شد. برای این منظور ورقه صفحه مس خالص - % - Sigma Aldrich 99/98 در یک ظرف حاوی آب دو بار یونیزه قرار داده شد حجم آب 8 میلی لیتر و ارتفاع آن روی هدف 2 میلیمتر تنظیم شد، پرتو لیزر به قطر 2 میلیمتر و انرژی 480 میلی ژول بر تپ توسط یک عدسی همگرا به فاصله کانونی10 سانتیمتر روی هدف متمرکز شده و به مدت 30 دقیقه تحت تابش لیزری قرار داده شد. تصویر محلول نانوذرات در شکل 1-b نشان داده شده است. در مرحله بعد محلول نانوذرات ساخته شده را داخل دستگاه سانتریفیوژ قرار داده و نرخ چرخش آن 14000دور بر دقیقه و به زمان چرخش 20 دقیقه تنظیم شد. در این مرحله نانوذرات جمع آوری شده و داخل آون خلاء با دمای 40 درجه سانتیگراد به مدت 6 ساعت خشک گردید. در مرحله بعدی برای ساخت نانوذرات CuO این نانوذرات به مدت 30 دقیقه درون کوره قرار داده شد. دمای کوره 300 درجه سانتیگراد و نرخ افزایش و کاهش دمای کوره 1/25 درجه سانتیگراد بردقیقه تنظیم شد. برای اندازه گیری طیف جذبی ذرات در محدوده NIR -Vis-UV از طیف سنج PG مدل T80 ، پراش اشعه ایکس نمونه ها با دستگاه XRD فیلیپس مدل Xpert، برای اندازه گیری اندازه و ریختشناسی - مورفولوژی - ذرات از دستگاه SEM شرکت فیلیپس مدلXL30 استفاده شد.
-3 نتایج و بحث
طیف جذبی نانوذرات به محض ساخته شدن گرفته شد و همانگونه که در شکل 1 طیف جذبی نانوذرات Cu/Cu2O و CuO نشان داده شده است. در شکل 1-a، قله پلاسمونی نانوذرات مس - 1 - در حوالی 640 نانومتر به چشم می خورد همچنین قله اکسایتونی مربوط به نانوذرات اکسید مس - 1 - در 235 نانومتر شکل گرفته است. قله های نرمی که در 275 تا 345 مشاهده می شود مربوط به انتقالهای بریلوئنی در اکسید مس - 1 - هستند.[8] برای نانوذرات اکسید مس - 2 - پیک پلاسمونی کاملا از بین رفته و پیک اکسایتونی در 275 نانومتر مشاهده میشود. این موضوع بیانگر تغییرفاز نانوذرات مس/ اکسید مس - 1 - به اکسید مس - 2 - می باشد و دلیل آن می تواند اکسیداسیون حرارتی نانوذرات در اثر بالا رفتن دما باشد. شکل 1-b نمونه محلول ساخته شده با لیزر تپی در آب دوبار یونیزه شده میباشد که رنگ سبز زیتونی دارد.
در شکل 2 گاف نواری انرژی نانوذرات ساخته شده، رسم شده است که به کمک رابطه تاک [9] محاسبه شده است. همانگونه که دیده می شود گاف نواری انرژی نانوذرات با حرارت دادن از2,5 eV به 5,5 eV افزایش یافته است و دلیل آن می تواند تغییر فاز و افزایش اندازه نانوذرات در اثر چسبندگی در اثر دمای بالا و در نتیجه بزرگ شدن نانوذرات باشد. الگوی پراش اشعه X ورقه مسی بعنوان هدف و نانوذرات ساخته شده - استفاده ازPDF کارتهای، 04-0836 48- 1548 78-2076، - در آب تحت تابش لیزر تپی با انرژی 480 میلی ژول بر هرتپ در شکل3 نشان داده شده استکه این الگو بعد از آماده سازی و خشک کردن سوسپانسیون در آون خلا به مدت 6 ساعت در دمای 40 درجه سانتیگراد گرفته شد.
صفحات بلوری و قله های مربوط به Cu/Cu2O در شکل3 b- نشان میدهند که نانوذرات دارای دو فاز مس و اکسید مس - 1 - می باشند. شکل c-3 نیز، فاز بعد از حرارت دهی در دمای 300 درجه سانتیگراد نانوذرات ساخته شده با لیزر تپی در مرحله قبلی - - Cu/Cu2O را نشان میدهد و بیانگر این مسئله هست که این نوع نانوذرات با توجه به پایداری کم نانوذرات مس و اکسید مس - 1 - با افزایش دما به نانوذرات پایدارتر اکسید مس - 2 - تبدیل می شوند. به این صورت که ابتدا نانوذرات مس به اکسید مس - 1 - و در نهایت به نانوذرات مس - - 2 تغییر فاز می دهند. همچنین برای تعیین شکل، اندازه و توزیع نانوذرات از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - کمک گرفته شد. در شکل 4 که مربوط به تصاویر SEM است همانگونه که دیده می شود شکل نانوذرات کروی بوده و میانگین اندازه نانوذرات
