بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق میکرومکعبهای آمورف ZnSnO3 بهروشی آسان و بدون هرگونه سورفکتانت ساخته شدند. نتایج حاصل از بررسی نمونه بهوسیله XRD، تشکیل ZnSn - OH - 6 با ساختار مکعبی و نمونه آمورف ZnSnO3 را پس از باز پخت نشان داد. با توجه به نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی ریختشناسی نمونهها مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده گردید که نمونهها بهصورت مکعبی شکل با سطح یکنواخت و ساختاری توپر رشد کردهاند. همچنین عملکرد الکتروشیمیایی نمونههای تهیهشده بهوسیله آنالیز EIS مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه ZnSnO3 آمورف کاندیدی برای کاربرد درزمینه باتریهای لیتیوم-یون است.
مقدمه
ZnSnO3 نیمرسانایی از نوع n با ساختار پروسکایت و گاف انرژی 3/35 eV میباشد، بهدلیل خواص الکتریکی و الکتروشیمیایی مطلوب از اهمیت ویژهای برخورداراست. تاکنون ساخت ZnSnO3 با ریختشناسیهای متنوع توسط روشهای متفاوتی شامل تبخیر حرارتی همرسوبی و حلالی-حرارتی انجام شده است ZnSnO3 .[3-1] بهعنوان یک اکسید فلزی سهجزئی در ساخت وسایل اپتوالکترونیکی سلولهای خورشیدی حساس شده به رنگ و باتریهای لیتیوم-یون مورد استفاده قرار گرفته است.
در چند سال اخیر روش طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی که به اختصار EIS یا امپدانس ac نامیده میشود بهعنوان روش کلیدی در الکتروشیمی و علم مواد مورد استفاده قرار گرفته است. در مطالعه سیستمهای الکتروشیمیایی روش EIS وسیلهای قدرتمند در مطالعه خوردگی - تعیین سرعت خوردگی تعیین مکانیزم واکنش - ارزیابی پوششها آبکاری الکتریکی و باتریها - انتخاب مواد و طراحی الکترودها - میباشد .[9-7]
روش تجربی
مواد مورد استفاده در این تحقیق عبارتاند از: کلرید قلع 5 آبه - SnCl4.5H2O - نیترات روی 6 آبه Zn - NO3 - 2.6H2O - سدیم هیدروکسید - NaOH - و اتانول که بدون خالصسازی مورد استفاده قرار گرفتند. ابتدا سدیم هیدروکسید به محلولی از آب یونزدایی شده و اتانول - بهنسبت - 1:1 اضافه شد. سپس کلرید قلع 5 آبه به محلول اضافه گردید و در دمای اتاق با همزن مغناطیسی همزده شد، بعدازآن نیترات روی 6 آبه به مخلوط اضافه شد و با همزن مغناطیسی بهمدت 1 ساعت همزده شد و محلول شیریرنگی بهدست آمد.
سپس محلول بهدستآمده بهدرون اتوکلاو منتقل گردید و در آون به مدتزمان 15 ساعت در دمای 180 درجه سانتیگراد قرار گرفت. بعد از آنکه اتوکلاو بهطور طبیعی خنک شد رسوبات توسط سانتریفیوژ جمعآوریشده و چندین مرتبه با آب و اتانول شستوشو داده شد و در آون در دمای 60 درجه سانتیگراد خشک گردید؛ پودر سفیدرنگ بهدستآمده، مکعبهای ZnSn - OH - 6 میباشد. سپس نمونه درون کوره در دمای 450 درجه سانتیگراد تحت گاز آرگون به مدت 2 ساعت قرار گرفت.
الگوی پراش پرتوایکس مربوط به ZnSn - OH - 6 - قبل از پخت - و ZnSnO3 - بعد از بازپخت - .
بهمنظور بررسی ریختشناسی نمونههای تهیهشده از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. نتایج حاصل از این بررسی نشان دادند که نمونه ZnSn - OH - 6 به شکل مکعبهایی در ابعاد میکرو با سطح یکنواخت و ساختاری توپر رشد کردهاند همچنین مشاهده شد نمونه بعد از فرآیند بازپخت تغییر شکل نداده است. شکل 2 الف و ب تصاویر SEM نمونههای تهیهشده قبل و بعد از بازپخت را نشان میدهد.
بحث و نتایج
بهمنظور تعیین ساختار بلوری نمونهها، از دستگاه پراش پرتوایکس - XRD - استفاده شد. شکل 1 الگوی XRD نمونههای تهیهشده را نشان میدهد. با مقایسه الگوی XRD نمونه قبل از پخت با اطلاعات کارت استاندارد JCPDS No. 73-2384 نشاندهنده تشکیل فاز ZnSn - OH - 6 با شبکه مکعبی با ثابت شبکه a = 7/8 Å استالگوی. پراش کاملاً بر کارت استاندارد ZnSn - OH - 6 منطبق است و هیچگونه ناخالصی مربوط به Sn Q ZnO و SnO2 مشاهده نگردید.
شکل 4 الف طیف مادونقرمز تبدیل فوریه - FT-IR - مربوط به میکرومکعبهای ZnSn - OH - 6 میباشد، نتایج نشان داد طیف به- دست آمده با گزارشهای پیشین از ساخت ZnSn - OH - 6 مطابقت دارد. در طیف FT-IR پیک قوی در اطراف 3100 cm-1 را نشان میدهد که متناظر با ارتعاشات کششی O-H میباشد و قله cm-1 1177، مربوط به خمشهای پیوند Sn-OH و همچنین قلههای شکل :4 طیف FT-IR الف - ZnSn - OH - 6 - قبل از پخت - ، ب - ZnSnO3 - بعد از بازپخت - . 740 cm-1 و 540 cm-1 ظاهرشده بهترتیب مربوط به ارتعاشات کششی [Sn - OH - 6]2- و Sn-O است.
در طیف مربوط به FT-IR مشاهده شد که پس از انجام فرآیند بازپخت، شدت قلههای مربوط به گروههای عاملی حاوی -OH بهطور قابل ملاحظهای کاهش یافته است؛ و تأییدی بر ساخت میکرومکعبهای ZnSnO3 می- باشد .[10] طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - بهعنوان ابزاری مناسب جهت بررسی رسانش الکتریکی الکترودهای مورد استفاده در باتریهای لیتیوم-یون کاربرد دارد. بهمنظور مشخصهیابی - EIS - از یک سلول سه الکترودی استفاده شد. بهعنوان الکترود کار محلولی از نمونههای تهیهشده بر روی زیرلایه FTO بهروش لایه- نشانی چرخشی لایهنشانی شد الکترود پلاتین و الکترود Ag/AgCl به ترتیب بهعنوان الکترود شمارنده و الکترود مرجع مورد استفاده قرار گرفتند. از محلول 0/5 مولار KOH بهعنوان الکترولیت درون سلول استفاده شد.
مشخصهیابی EIS جهت به-دست آوردن منحنیهای نایکوئیست توسط دستگاه Autolab PGSTAT302N در محدوده فرکانس بین 10 mHz تا 100 mHz در پتانسیل مدار باز در موج سینوسی 10 mV انجام گرفت. شکل 5 نمودار نایکوئیست مربوط به نمونههای تهیهشده را نمایش میدهد. شعاع نیمدایره در منحنی نمودار نایکوئیست نشان- دهنده بازده جدائی زوج الکترون-حفرهها و انتقال مقاومت بار می- باشد .[11]
