بخشی از مقاله
چکیده:
ساختار دومولفهای از فیلم نازک CuS و نانوساختار اکسید روی نهشت و مطالعه میشوند. فیلم نازک CuS به روش رسوب حمام شیمیایی نهشت داده میشود سپس نانوساختار اکسید روی به روش شیمیایی تر در دمای پایین - 80-120˚c - بر روی آن رشد داده میشود. ویژگیهای ساختاری، نوری، مورفولوژی ساختار نامتجانس CuS/ZnO مورد مطالعه قرار میگیرد. ساختار CuS ساختاری سوزنی شکل که با پوششدهی آن با ZnO زبری سطحی کاهش مییابد. جذب در ناحیه UV در ساختار دوتایی CuS/ZnO به طور قابل توجهی نسبت به CuS خالص افزایش مییابد.
مقدمه
اکسید روی به علت گاف نواری وسیع 3/37eV و انرژی اکسایتونی 60 meV جز فلزات نویدبخش در آشکارسازی نور فرابنفش است. نانوساختارهای یک بعدی اکسید روی در مقایسه با بالک آن به دلیل ویژگیهای بخصوص از جمله اثرات محدودیت کوانتومی توجه زیادی را به خود جلب کردهاند.سیستمهای مختلفی مثل دیودهای نور گسیل، لیزرها، کنترل کنندههای فرابنفش بر اساس نانوساختارهای یک بعدی پایهگذاری شدهاند.
زینک اکسید به علت مشکلات ذاتی در ساختارش به طور ذاتی نیمرسانای نوع n می باشد.[1] مس سولفید از لحاظ اپتیکی، الکتریکی، فیزیکی و ویژگیهای شیمیایی مناسب است یکی از مهمترین ویژگی مس سولفید تنوع گاف نواری از1/2-2/5eV است که این ویژگی باعث میشود مس سولفید در سلولهای خورشیدی و فتوسنسورها کاربرد داشته باشد. مس سولفید دارای 5 فاز ترکیبی در دماهای مختلف است که عبارت است از: کوولایت، آنیلایت، ژورلایت، چالکوسایت و دیجنایت. در بین این ساختارها کوولایت - - CuS دارای ساختار غنی گوگرد با رسانایی
الکتریکی بالا و پایداری بالاتر از 500 درجه سانتیگراد است.[2]
پانیگراهی و همکاران در سال 2012 در فرایند محلولی به بررسی هسته پوسته ZnO NRs/CuS پرداختند آنها ابتدا نانورادهای زینک اکساید را به روش هیدروترمال رشد دادند سپس رادها را در یک محلول حاوی تیواستامید غوطهور کردند در این مرحله لایهای از ZnS بر روی رادها نهشت داده شد. سپس ساختارZnO NRs/ZnS در محلولی حاوی مس سولفات و اسید تاتار غوطهور شد در این مرحله در طی فرایند تبادل آنیونی ZnS به CuS تبدیل میشود. آنها مشاهده کردند که نمونه پاسخ نوری خوبی دارد .[3]
مهیی و همکاران در سال 2017 به بررسی ساختار نامتجانس ZnO NRs/CuS پرداختند. آنها ساختار، مورفولوژی و همچنین پاسخ نوری نمونه را توسط پراش پرتو X، میکروسکوپ الکترونی و مشخصهیابی - - I-V و همچنین تاثیر وجود لایه MgO بین ZnO NRs و فیلم نازک CuS مورد بررسی قرار دادند.[1] در کار حاضر ساختارهای سوزنی CuS به روش حمام شیمیایی رشد داده میشوند. سپس فیلم نازک ZnO به روش هیدروترمال بر روی CuS به منظور کاهش زبری سطحی و افزایش جذب در ناحیه UV، نهشته میشود.
روش تجربی:
ساختار نامتجانس CuS/ZnO بر روی زیر لایه سیلیکون،کوارتز و FTO که به روش حمام فراصوتی در حلال های تریکلرواتیلن، استون، اتانول و آب مقطر هر کدام به مدت پنج دقیقه شستشو داده شده، نهشته میشوند. فیلم نازک CuS با استفاده از محلولهای 0/25M مسسولفات و تیوره و افزودن تریاتیلنآمین به محلول حاوی مسسولفات و افزودن آمونیاک تا رسیدن به PH، 10 و در نهایت مخلوط کردن محلولها در یک ظرف حاوی حمام شیمیایی تحت دما و زمان کنترل شده رشد داده میشود و سپس با استفاده از کند وپاش مگنترونی RF از هدف ZnO با توان 70 وات در مدت زمان معینی لایه جوانه زنی بر روی زیر لایه نهشته میشود.
سپس ZnO را به کمک محلول هم مولار - - 0/025 زینک نیترات و هگزامتیل تتراآمین در محیط آبی به روش تجزیه گرمایی در حمام غوطه وری شیمیایی، رشد داده میشود. ویژگیهای اپتیکی، ساختاری و ریخت شناسی پیوند را مورد بررسی قرار میدهیم. شناسایی مواد و تعیین ساختار بلوری با پراش سنجی پرتو - XRD - X انجام میشود. با تصویربرداری میکروسکوب الکترونی روبشی همراه با طیف سنجی پرتو X با پاشندگی انرژی - SEM/EDX - ریختشناسی و سطح مقطع همراه با آنالیز عنصری انجام میشود.
نتایج و بحث:
در شکل 1 الگوی پراش پرتو - XRD - X نمونه CuS و همینطور پراش مربوط به صفحات CuS/ZnO آورده شده است. قلههای - 008 - و - - 113 به ترتیب در زوایای 44 و37/85 مربوط به - JCPDS No.78-2122 - CuS میباشند. قله - 002 - واقع در زاویهی34/42 مربوط به قویترین خط پراش - JCPDS No.36-1451 - ZnO میباشد. در شکلa-2 تصویر دید از بالا SEM از فیلم نازک CuS با ساختار سوزنی برگ و همینطور تصویر سطح مقطع از CuS آورده شده است. ساختارهای گنبدی شکل با ابعادمیکرونی مشهود هستند. در شکل b-2 طیف EDAX مربوط به CuS آورده شده است که عناصر موجود در نمونه Cu و S بر زیر لایه Si میباشند.
در شکل c-2 تصویر دید از بالا و سطح مقطعی ساختار نامتجانس CuS/ZnO آورده شده است. که پوشش ZnO باعث نرمی سطح CuS میشود و ساختار سوزنی در زیر آن محو میشوند. همینطور در شکل d-2 طیف EDAX مربوط به ساختار CuS/ZnO آورده شده است که حضور عناصر Cu ,Zn ,S ,O بر Si تایید میشود. در شکل 3 طیف جذب نوری UV-Vis- near IR نمونه CuS/ ZnO در مقایسه با CuS خالص آورده شده است. با قرار گرفتن ساختار ZnO، بر روی ساختار سوزنی CuS جذب در ناحیه فرابنفش افزایش قابل توجهی پیدا میکند به نحوی که لبه جذب تیزی ظاهر میشود. جذب CuS در طول موجهای پایینتر در حدود 600 نانومتر است لبهی جذب تیز در حوالی 390 نانومتر مربوط به ZnO است.
