بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با استفاده از روش شیمیایی همرسوبی نانوذرات اکسید قلع ساخته شد که ساختار تتراگونال نانوذرات مورد تأیید الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - قرار گرفت. برای تعیین ریختشناسی و اندازه نانوذرات اکسید قلع از میکروسکوپ الکترون روبشی - SEM - استفاده شد که نتایج آن نشاندهنده تطابق اندازه ذرات با آنالیز پراش اشعه ایکس می باشد. خواص نوری نانوذرات ساختهشده به وسیله آنالیز فوتولومینسانس - PL - مورد بررسی قرار گرفت و دو قله نشر در طول موجهای 382 و 705 نانومتر دیده شد. با بررسی گروههای عاملی از طیفسنجی تبدیل فوریه مادونقرمز - FTIR - اتصال بین Sn و O مورد تأیید واقع شد. با انجام آنالیز طیفسنج مرئی و فرابنفش - UV-Vis - گاف نواری انرژی نانوذرات اکسید قلع 3/6 eV بدست آمد.
مقدمه
اگرچه عنصر قلع برای بدن ممکن است مسمومیتهای به همراه داشته باشد اما این عنصر در دمای بالاتر تبدیل به اکسید قلع میشود که علاوه بر خنثی شدن و عدم مسمومیت دارای خواص آنتیباکتریال نیز میگردد. علاوه بر مقاومت حرارتی و شیمیایی بالا، این اکسید فلزی دارای پایداری بالایی در برابر تغییرات PH میباشد .[1] نانوبلورهای نیمههادی در دو دههی گذشته به دلیل خواص الکتریکی، نوری و مغناطیسی منحصربهفرد خود بسیار موردتوجه بودهاند.
اکسیدهای نیمههادی مانند In2O 3, SnO2, ZnO و Cd2SnO4 بهطور گسترده موردمطالعه قرارگرفتهاند که از نظر تکنولوژی و خواص جدید از جمله ساختاری، نوری و الکتریکی حائز اهمیت هستند .[2] اکسید قلع یک نیمرسانای نوع n از گروه - II-VI - میباشد. نانومواد اکسید قلع بهعنوان یک نیمرسانا با باندگپ مستقیم - گاف انرژی آن حدود 3/6 الکترونولت است - دارای خواص منحصربهفردی هستند .[3] نانومواد اکسید قلع در ابعاد صفر تا سه بعدی مانند نانوسیمها، نانوذرات و نانولولهها وجود دارند.
ساخت نانوذرات اکسید قلع به روشهای شیمیایی سل-ژل، همرسوبی، هیدروترمال، لیزر و حالت جامد گزارش شده است .[4] نانومواد اکسید قلع به علت داشتن ویژگیهایی مانند نسبت سطح به حجم زیاد، باندگپ بزرگ، ثبات حرارتی و شیمیایی در زمینه حسگرهای گازی، سلولهای خورشیدی، کاتالیزورها مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعات فوتولومینسانس اطلاعات مهمی در مورد ساختار و نقصهای ایجاد شده در مواد به ما می دهد.
فوتولومینسانس اکسید قلع در حالت تودهای شدت پایینتری نسبت به نانوذرات خود دارند .[5] در دهه اخیر کارهای متفاوتی در مطالعه طیف فوتولومینسانس نانوذرات SnO2 گزارش شده است. ساخت نانوسیم SnO2 به روش شیمیایی تر انجام گرفته است که قلههای نشری در 389 و 470 نانومتر مشاهده شده است .[6] نانوذرات SnO2 به روش هیدروترمال منجر به انتشار نور آبی در ناحیه 445 نانومتر - به دلیل جاهای خالی اکسیژن - شده است .[7] در مطالعهای دیگر نانوذرات SnO2 با روشهای واکنش حالت جامد و تبخیر حرارتی ساخته شدند که قله نشری در طول موج تقریبی 650 نانومتر گزارش شده است .[3]
مواد، دستگاه و وسایل مورد استفاده
در این تحقیق از کلراید قلع دو آبه - SnCl2.2H2O - ، ستیل تری میتیل آمونیوم برمید - C19H42BrN - و آمونیاک - NH3 - با درجه خلوص بالا برای ساخت به روش هم رسوبی نانوذرات اکسید قلع استفاده شد. در این روش ابتدا سورفکتانت CTAB در 50 میلی لیتر آب یون زدایی شده حل شد و در ادامه یک گرم کلراید قلع به محلول اضافه گردید. سپس 50 میلی لیتر آمونیاک به صورت قطره قطره به محلول اضافه گردید و محلول به مدت دو ساعت در دمای اتاق بر روی همزن مغناطیسی قرار گرفت تاکاملاً یکنواخت شود. در ادامه رسوب بدست آمده از محلول با آب یونزدایی شده شستشو داده شد و سانتریفیوژ گردید. محلول به مدت 4 ساعت در دمای 80 درجه سانتی گراد در آون خشک شد و درنهایت در دمای 600 درجه سانتی گراد در کوره کلسینه گردید و در این مرحله نانوذرات اکسید قلع تهیه شد.
برای انجام آنالیز ساختاری و بررسی شرایط فازی، الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - با دستگاه Philips Xpert Pro MPP و با استفاده از طیف نگاری CuKa فیلتر شده با نیکل و در محدوده ی طولموجی 1.54 Å اندازهگیری شدند. تصویر SEM نانوذرات توسط دستگاه میکروسکوپ الکترون روبشی مدل-TESCAN SEM Mira3 تهیه گردید. خواص نوری نانوذرات با استفاده از طیفنگاری فوتولومینسانس مدل Perkinlmer Lss55 و قوس زنون به عنوان منبع تحریک کننده در دمای اتاق موردبررسی قرار گرفت. جهت انجام آنالیز طیف جذبی و گاف نوار انرژی از طیف نگاری فرابنفش-مرئی مدل UVS-2500 بکار گرفته شد. طیف FTIR با استفاده از طیف نگاری تبدیل فوریه مادون قرمز مدل Magana IR55 و پودر KBr بدست آمد.
بحث و نتایج
نانوذرات خالص اکسید قلع که از روش شیمیایی هم رسوبی بدست آمدند، توسط طیف پراش پرتوایکس موردبررسی قرار گرفتند. بررسی طیف XRD نشان می دهد - شکل - - 1 - که قله های اصلی این طیف ها به ترتیب مربوط به صفحات - 1 1 0 - ، - 1 0 1 - و 2 0 - - 2 منطبق با کارت مرجع ساختار بلوری اکسید قلع با شماره - 01-077-0449 - بوده و نشان دهنده ی فاز تتراگونال نانوذرات اکسید قلع می باشند. خواص نوری با اندازه ذرات ارتباط مستقیمی دارند که شدت طیف نوری نانوذرات نیم رسانا با تغییر اندازه ی آن ها تغییر می کنند.
برای مطالعه شکل ساختاری، اندازه و توزیع نانوذرات اکسید قلع از میکروسکوپ الکترون روبشی استفاده شد. تصویر SEM با مقیاس 100 nm در شکل - 2 - نشان میدهد که نانوذرات از ریخت شناسی و همگنی بسیار خوبی برخوردار می باشد. با توجه به نتایج حاصل از تصویر SEM اندازهی نانوذرات با نتایج حاصل از طیف XRD مطابقت دارد. برای اطلاع از حضور گروههای عاملی جذب مادونقرمز نمونه در محدوده عدد موج 400 تا 4000 cm-1 به کمک طیفنگاری FTIR اندازهگیری شد.
در شکل - 3 - جذب در محدودهی 3500 cm-1 مربوط به گروههای مختلف هیدروکسیل - O-H - در آب موجود در نمونه است. ناحیه 400 تا 1000 cm-1 به ناحیه اثرانگشتی معروف است که برای هر نمونه منحصربهفرد میباشد. برای نانوذرات اکسید قلع در این محدوده پیوندهای Sn-O، Sn-O-Sn و O-Sn-O مشخص شد. حضور این گروههای عاملی میتواند بهعنوان مراکز نورتابی در سطح نانوذرات عمل کند.
طیف جذبی نمونه در شکل - 4 - نشان میدهد که یک قله جذبی در طول موج 267 نانومتر می باشد. رابطه مستقیمی بین نقص ها از جمله جاهای خالی اکسیژن و فاصله انرژی وجود دارد، می توان گفت هرچه نقص ها بیشتر باشد به دلیل سطوح انرژی جدید در فاصله ممنوعه، شکاف انرژی کاهش می یابد .[9 ,8] که بر این اساس جذب در ناحیه فرابنفش از نوع جذب الکترونی است که موجب تشکیل گاف نوار انرژی 3/6 الکترونولت در ماده میشود.
