بخشی از مقاله
چکیده
از زیرلایهی سرامیک - - Al 2 O 3 در ابعاد 1 cm1cm استفاده شد. نانوسیم های اکسیدروی طی روش تبخیر گرمایی درون یک کوره افقی، بدون استفاده از کاتالیست بر روی زیرلایهی از جنس سرامیک رشد داده شد. زیرلایهی سرامیک به همراه گرانول اکسیدروی به مدت 30 دقیقه در دماهای 860 C، 900 C و950 C در اتمسفر اکسیژن در کوره افقی پخت گردید. مورفولوژی سطح نانوساختارها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - تعیین شد. طیف گذار نمونههای اکسیدروی با استفاده از طیف فتولومینسانس در بازه طول موجی 330 تا 580 نانومتر بدست آمد.
مقدمه
اکسیدروی ترکیبی است مشهور و معروف که به صورت وسیعی در ترکیبات روی استفاده میشود و به عنوان رنگدانه سفید در رنگها استفاده میشود. اکسیدروی گاف نواری پهن و مستقیم دارد از اینرو برای استفاده در اپتوالکتریک شایسته و مناسب است.[1] نیمهرساناهای گروه ,,-9, به علت خواص ویژه و کاربردهای فراوانشان توجه زیادی را معطوف خود کردهاند. اکسید روی و ترکیبات نیمهرساناهای,,,-9 دارای شکاف نواری - گاف انرژی - 3/35 الکترون ولت برای کاربردهای مختلفی نظیر حافظههایابزارهای مغناطیسی و اپتیکی، دیودهای گسیل نور، سلولهایخورشیدی، مبدل و سنسورهای شیمیایی کاربرد دارد .[2]لایههای نازک اکسیدروی آلائیده یا ناآلائیده، به خاطر شفافیت، به عنوان پوشش شفاف و ضد بازتاب در تولید سلول های خورشیدی هم استفاده میشود .[3]
اکسیدروی همینطور به صورت کاتالیزورکاربرد دارد و نیز به صورت دیود های نور گسیل ولیزری به کار میرود و از ویژگیهای مهم و شاخص آن مشخصه جریان- ولتاژ غیر خطی آن است که آن را برای تولید ترانزیستور مناسب مینماید و همچنین برای حسگرهای گازی نیز کاربرد دارد .[4-5] نانوسیمها به دلیل نسبت بالای سطح به حجم و رسانایی بالا درامتداد طول نانوسیم، برای سلول های خورشیدی آلی- غیر آلی بسیار مورد توجهاند. در سلول های خورشیدی دوگانه نانو بلور-غیرآلی، نور تابیده باعث تشکیل جفت الکترون- حفره - اکسایتون - در بلور غیر آلی و محیط آلی میشود. این اکسایتون ها در فصل مشترک بلور غیرآلی- آلی پخش میشوند و به شکل الکترون و حفره از هم جدا میشوند. به خاطر اینکه ترکیبات آلی پلیمریتحرک پذیری الکترونی ضعیفی دارند، فاز غیرآلی به گونهایانتخاب میشود که الکترون دوستی1 آن از فاز آلی بیشتر باشد.
بنابرین فاز غیرآلی حاوی حفرهها و نیمهرسانا حاوی الکترونهااست. الکترونها و حفرههای جدا شده در امتداد مواد آلی و غیرآلیبه سمت الکترودهای خارجی سوق پیدا میکنند .[6]پودر اکسیدروی رشد یافته در بوته، زیرلایهی سرامیک - 2 O 3 - Alبه همراه گرانول اکسیدروی به مدت 30 دقیقه در دماهای C620، 820 C، 860 C، 900 C و C 950 در اتمسفر اکسیژن در کوره افقی پخت گردید. در دماهای C 620 و 820 C رشدی بر روی زیرلایه صورت نگرفت، اما در دمای 860 C مشاهدهگردید که نانوساختارها شروع به جوانه زنی و رشد کردند.مورفولوژی سطح نانوساختارها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل XL30 ساخت شرکت Philips تعیینشد. خواص اپتیکی نمونهها با استفاده از طیف فتولومینسانس دردمای اتاق توسط دستگاه فتولومینسانس - PL - مدلLS55 با یک لامپ زنون به عنوان منبع تحریک ساخت شرکت PerkinElmerدر بازه 330 تا 580 مطالعه شد.
آزمایش
از زیرلایهی سرامیک در ابعاد 1 cm1cm استفاده گردیده است. به منظور رفع آثار آلودگی سطحی، این زیرلایه را توسط دستگاه آلتراسونیک و به ترتیب با ماده شوینده خنثی، آب مقطر و الکل هر کدام به مدت 10 دقیقه و سپس با استون به مدت 20 دقیقه شستشو داده شد. این زیرلایه تحت حرارت ملایم در آون خشک شد.نانوسیم های اکسید روی طی روش تبخیر گرمایی درون یک کوره افقی، بدون استفاده از کاتالیست بر روی زیرلایهی از جنس سرامیک رشد داده شد. همچنین نانوساختار اکسیدروی به صورتپودر ZnO رشد یافتهاند. برای رشد از گرانول خالص Zn %99/99 - ، - Merck به عنوان ماده اولیه، گاز خالص آرگون به عنوان گاز حامل و اکسیژن به عنوان گاز واکنشدهنده، استفاده گردید.ماده اولیه به همراه زیرلایهها درون یک بوته سرامیکی گذاشته شده و به گونهای درون لوله کوارتز کوره قرار داده شد که ماده اولیه دقیقاً در مرکز کوره که بیشترین دما را داراست، قرارگرفت. باید توجه داشت که یکی از نکات مهم در این آزمایش ایجاد خلاء مناسب میباشد.
نتایج و بحث
شکلهای 1 تا 3تصاویر میکروسکوپ الکترونیروبشی - SEM - نانوسیم های اکسیدروی رشد داده شده از طریق اکسیداسیون حرارتی بر روی زیرلایههای سرامیک - - Al 2 O 3 را در بازه دمایی 860 تا 950 درجه سانتیگراد نشان میدهد. در شکل 1رشدنانوسیمهای سوزنی شکل اکسیدروی به طور عمودی و در دمایاکسیداسیون C 860 مشخص میباشد. این تصویر زمان جوانهزنی نانوسیم های اکسیدروی، منظور آغاز رشد نانوسیم های اکسیدرویرا بر روی سرامیک - 2 O 3 Al - ، در دمای 860 C میباشد. باافزایش دمای اکسیداسیون به 900 C - شکل - 2 مشاهده گردید کهمیانگین قطر و همچنین طول نانوسیم های اکسیدروی رشد یافته برروی سرامیک - 3 O 2 Al - افزایش یافته است.
با افزایش دمای اکسیداسیون به 950 C - شکل 3 - ، مشاهده شد که طول نانوسیم های اکسیدروی نسبت به دمای 860 C افزایش یافته، ولی در مقایسه با رشد در دمای 900 C رشد نانوسیم ها کاهش یافته است و اما قطر نانوسیم های اکسیدروی کاهش پیدا کرده است.در شکل 4 اولین پیک ، گسیل مربوط به نشر نزدیک لبه نوار گاف انرژی پهن اکسیدروی به علت نابودی اکسیتونها. پیک دوم،احتمالاً از یک نقص سطح زیرین نتیجه میشود. پیک سوم، مربوط به جای خالی یک اکسیژن یونیزه در ساختار اکسیدروی است و اختصاص به گذاری بین حفره های تحریک شده و جای خالی یک اکسیژن یونیزه تنها، یا ترکیب دوباره ترازهای بخشنده با ترازهای پذیرنده جای خالی اکسیژن سطح دارد.
