بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک حسگر نور ماورابنفش مبتنی بر نانوذرات اکسیدروی آلاییده شده با کلسیم ساخته شده است. الگوهای حاصل از FESEM و XRD به خوبی بیانگر آن است که ساختارهای به دست آمده در فاز ششگوش وورتسایت میباشند و عاری از هرگونه ناخالصی هستند. خاصیت رسانایی نوری افزارهی مبتنی بر نانوذرات آلاییده شده مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها نشان می دهد که با افزودن ناخالصی کلسیم حساسیت آشکارساز نوری افزایش می یابد. نتایج اندازه گیری جریان نوری در حالت گذرا بیانگر آنست که جریان در معرض روشنایی بسیار بیشتر از جریان در حالت تاریکی است.
کلمات کلیدی: اکسید روی ،کلسیم ، حسگر نور ماورابنفش.
مقدمه
نیمه رساناها از پرکاربردترین مواد در فناوری نانو هستند. اکسید روی به سبب گاف انرژی زیاد - حدود3/23eV در دمای اتاق - و انرژی اکسایتونی بالا - حدود60meV در دمای اتاق - یک ماده عالی برای ساخت وسایل اپتیکی که با نور ماورای بنفش و آبی کار می کنند می باشد. در سالیان اخیر مطالعات گستردهای بر روی اکسید روی که یک نیمهرسانا با گاف انرژی بزرگ است انجام گردیده که منجر به تولید نانو ساختارهای گوناگون شده است. نانو ساختارهای اکسید روی دارای ویژگیهای الکتریکی و نوری منحصر به فردی از جمله تنوع در رسانایی الکتریکی، شفافیت بالا، پیزوالکتریسیته، انرژی شکاف باند بزرگ، خاصیت فرومغناطیسی در دمای اتاق و حساسیت شیمیایی بالا میباشند. این خواص منجر به تولید افزارههای نوری و الکترونیکی گوناگون از نانو ساختارهای اکسید روی شدهاند.
یکی از روشهای تغییر خواص نوری و الکتریکی یک نیمهرسانا، آلایش آن با ناخالصیهای مختلف است. از اینرو این تحقیق برآنست که به ساخت یک حسگر نوری ماورا بنفش با استفاده از نانو ساختارهای اکسید روی با کلسیم بپردازد.
مواد و روش ساخت
برای تهیه نانوساختارهای اکسید روی آلاییده با کلسیم، ابتدا ژلاتین را در دمای 60 C، آرام آرام به بشر حاوی آب مقطر مستقر کریستالیزور حاوی روغن سیلیکون اضافه کرده و این محلول حدود 1 ساعت هم زده شد. زمانی که دما نزدیک به 80 C رسید، نیترات روی و نیترات کلسیم را به این ظرف اضافه می کنیم و دما در 80 C ثابت نگه داشته می شود تا بعد از گذشت چند ساعت یک ژل کاراملی رنگ به دست آید. سپس این ژل در کوره، به مدت 5/5 ساعت در دمای 550 C حرارت داده شد.
سپس پودرهای بدست آمده توسط دستگاههای شناسایی مختلفی مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری و الگوی پراش اشعه ایکس و فوتولمینسانس مورد مطالعه قرار گرفتند. ساختار کریستالی نانو ساختارهای اکسید روی حاصله توسط آنالیز پراش پرتو ایکس که دارای آندی مسی و طول موج تحریک 1.5406 Å بود، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. ساختار نانو ساختارهای اکسید روی حاصله توسط میکروسکوپ گسیل میدانی الکترونی روبشی دانشگاه تهران مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت.
مشخصه یابی
طیف XRD نانو ساختارهای اکسید روی خالص و آلاییده با کلسیم در شکل 1 نمایش داده شده است. پیکهای پراشی حاصله کاملاً با موقعیت پیک اکسید روی تودهای مطابقت دارند و هیچگونه پیک اضافی مربوط به هر گونه ناخالصی دیگر مشاهده نشد. افزایش پهنای پیک نمونه های آلاییده شده با کلسیم نسبت به نمونه خالص، حاکی از کاهش اندازه نانوساختارهای اکسیدروی در طی آلایش با کلسیم است.
تصویر FESEM نانو ساختارهای اکسید روی، خالص ، آلاییده با کلسیم
یکی از راههای کم هزینه و بسیار ساده جهت ساخت حسگر نوری از نانوپودر، ترکیب نانوپودرهای حاصله با چیتوسان - نوعی پلیمر رسانا - است. در این روش مقدار 0,01 گرم از هر نانوپودر را با مقدار 0,4 سی سی از محلول چیتوسان رقیق شده با سدیم هیدروکسید و آب دو بار یونیزه شده - 0,5 wt %/v - ترکیب کرده سپس به مدت 8 دقیقه درون حمام التراسونیک قرار می گیرد تا خوب ترکیب شوند، سپس بر روی بسترهای شیشه ای شفاف ریخته می شوند. در انتها نیز بر روی آنها الکترودگذاری می گردد.
