بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق لایه نازک α-Fe2O3 - هماتیت - به روش اسپری پایرولیزیز بر روی زیر لایه شیشهای لایه نشانی شد. از پودر نیترات آهن به عنوان پیش ماده و آب مقطر و اسید نیتریک به عنوان حلال استفاده گردید. خواص ساختاری و اپتیکی نمونه مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز الگوی پراش پرتو ایکس - XRD - قلههایی با راستای ارجح - 104 - را نشان داد. از نتایج طیف سنجیUV-Vis اندازه گاف نواری برای نمونه2/3 eV محاسبه گردید. بخار اتانول عاملی کاهنده است که در مواد نیم رسانای نوع n مانند هماتیت باعث کاهش مقاومت میشود. در این مقاله از 200 ppm بخار اتانول برای بررسی خواص حسگری نمونه در دماهای مختلف استفاده شد. نمونه در دمای کار 250œC حساسیت % 30 را به 200 ppm گاز اتانول نشان داد.
مقدمه
امروزه حسگرهای گازی اکسیدهای آهن از قبیل Cu و -Fe2O3 برای شناسایی بیش از %90 از آلایندههای زیست محیطی کاربرد دارند. که در میان آنها هماتیت به علت زیست سازگاری و کم هزینه بودن مادهای امیدوار کننده درساخت حسگرهای گازی بشمار میآید. لایههای نازک اکسید آهن با توجه به ویژگیهای ساختاری جدید نوری، الکتریکی و مغناطیسی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. اکسید آهن دارای فازهای مختلف بلوری مانند: وستیت - FeO - ، مگنتیت - Fe3O4 - هماتیت - -Fe2O3 - و ماگمیت - -Fe2O3 - میباشد .[1] اکسید آلفا آهن - -Fe2O3 - یک نیمه رسانا نوعn با ساختار شش وجهی و گاف انرژی در حدود 2/2 eV است .[2]
در میان پلی مورفهای اکسید آهن، هماتیت پایدارترین پلیمورف در هوا است. از ویژگیهای هماتیت میتوان به مقاوم در برابر خوردگی، غیر سمی، کم هزینه و سازگار بودن با محیط زیست اشاره نمود. مطالعات اخیر طیف گسترده ای از کاربرد های بالقوه هماتیت را شرح می دهد، این کاربردها شامل کاتالیزوری، حسگرهای گاز، رنگدانهها، سلول های خورشیدی، باتری های لیتیومی، مواد مغناطیسی و ویژگیهای ضد باکتری آن میباشد.[3] هماتیت به روشهای مختلف فیزیکی و شیمیایی سنتز میشود که از میان آنها میتوان به روش اسپری پایرولیزیز، هیدروترمال، تبخیر بخار فیزیکی - - PVD، تبخیر بخار شیمیایی - - CVD، کندوپاش و غیره اشاره کرد .
[4 ,1] گاز اتانول به عنوان گاز کاهنده باعث کاهش مقاومت مواد نیمه رسانای نوع n میشود. بخار اتانول به دلیل تولید بخارات سمی برای محیط زیست مخاطره آمیزاست به همین علت محققان در مطالعات اخیر در پی آشکارسازی گاز اتانول توسط حسگرهای گازی میباشند. در این تحقیق با استفاده از روش اسپری پایرولیزیز اکسید آهن در دمای 450œC لایه نشانی شد و خواص ساختاری و اپتیکی لایه بررسی گردید، خاصیت حسگری نمونه در دماهای مختلف برای گاز اتانول با غلظت 200ppm مورد مطالعه قرار گرفت.
روش تهیه نمونه
برای تهیه لایه نازک اکسید آهن از پودر نیترات آهن Fe - NO3 - 3.9H2O که در آب دو بار تقطیر توسط همزن مغناطیسی در دمای محیط حل میشود، استفاده شده است. پس از حل شدن کامل پودر در محلول، اسید نیتریک به صورت قطرهای به محلول اضافه گردید تا محلولی شفاف جهت اسپری بر روی زیر لایه شیشهای بدست آید . پارامترهای لازم در لایه نشانی در جدول 1 آورده شده است. تحلیل ساختاری نمونهها توسط دستگاه پراش پرتو ایکس - XRD D8-Advance, Bruker, Cu Ka1 - با ×طول موج nm ًًٌُِّ و مورفولوژی سطح نمونه توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - FESEM- HITACHI-S-4160 - انجام پذیرفت. خواص اپتیکی لایه به کمک دستگاه طیف سنج نوری - Shimadzu UV-Vis. - 1800 در بازه طول موج -1100nm 300 اندازه گیری شد. حسگری گازی با استفاده از سامانهای دست ساز و نسبت به گاز اتانول انجام گرفت.
نتایج و بحث
شکل1 الگوی پراش پرتو - XRD - X برای نمونهی مورد مطالعه است . نتایج به دست آمده از شکل نشان میدهد که نمونهی رشد یافته در دمای 450 C دارای ساختار شش گوشی و قله هایی در راستاهای ترجیحی - 104 - ، - 012 - ، - 110 - ، - 113 - ، - 024 - میباشد. که در مطالعات انجام شده توسط سایر محققان نیز گزارش شده است.[5] همانطور که مشاهده میشود شدت قله در صفحه - 104 - برای نمونه مورد بررسی قوی تر میباشد که نشان دهنده راستای آسان رشد میباشد.
