بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تأثیر تزریق ناخالصی آهن بر روي خواص نوري و مغناطیسی نانومیله هاي اکسیدروي تهیه شده به روش سل-ژل بررسی میشود. نتایج آزمایش نشان می-دهد که افزودن ناخالصی سبب جابجایی قله جذب به سمت طول موجهاي بلندتر و کاهش گاف انرژي شدهاست. همچنین ناخالصی آهن سبب ایجاد خاصیت فرومغناطیس در نمونهها میشود، بطوریکه با افزایش میزان ناخالصی میدان وادارندگی کاهش می یابد. همچنین افزودن ناخالصی سبب افزایش اندازه نانوبلوركها شده درحالیکه براي شرایط آزمایشگاهی یکسان تغییر درصد ناخالصی تاثیري در اندازه نانوبلورها نداشته است. نانومیله ها به وسیله طیف پراش اشعه ایکس - XRD - آنالیز شد و پارامتر شبکه محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته است. جهت آنالیز نمونه ها از طیف جذبی، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و مغناطیس سنج با نمونهي ارتعاشی - - VSM استفاده شد.
مقدمه
ساخت ذرات با ابعاد نانوبسیار حائز اهمیتکه است زیراخواص فیزیکی آنها با رفتار توده اي آنها متفاوت است واین موضوع سبب بروز خواص شیمیایی، فیزیکی، نوري و....جدیدي میشود 1]و .[2 اکسیدروي نیمرسانایی با گاف انرژي پهن - 3/4 ev - در دماي اتاق و ساختار هگزاگونالمیباشد .[3] اکسیدروي کاربردهاي فراوانی در سلولهایخورشیدي [4]، قطعات اپتوالکترونیک[5]، درمان ضایعات پوستی مستعد عفونت - سوختگی، گزش حشرات و... - [6] و... میباشد. در علم فیزیک ساخت نیمرساناهاي مغناطیسیبسیار مطرح است و به عنوان مثال می توان به اکسیدروي کهبا ناخالصی کبالت تزریق شده اند یتو داراي خاص فرومغناطیس میباشند اشاره کرد .[7] در این پژوهش هدفساخت نمونههاي مغناطیسی نانومیله اکسیدروي تزریق شدهبا ناخالصی آهن است.
روش آزمایش
مواد مورد استفاده در این آزمایش عبارتند از: استات روي دوآبه Zn - CH3COO - 2.2H2O - - ، نمک نیترات آهن نهآبه - Fe - NO3 - 3*6H2O - ، پایدارکننده پلی وینیل پیرولیدون - - C6H9OH - n - ، متانول وآّب مقطر به عنوانحلال.پس از توزین مواد اولیه، نمکهاي پیش ماده در متانولحل شدندو محلول بر روي گرمکننده قرارگرفت. پایدارکنندهحلال در آب به آرامی به محلول اولیه اضافه گردید. دمايمحلول در دماي 75 درجه سانتیگراد پایدار شد تا حلال بهآرامی تبخیر شود. پس از تشکیل ژل، در دماي 150 درجه سانتیگراد خشک و بازپخت نمونه ها در دمايدرجه300سانتیگراد به مدت 24 ساعت صورت گرفت.
نتایج آزمایش
شکل - 1 - ریخت شناسی نمونه توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - را نشان میدهد. همانطور که ازتصویر پیداست ساختار یک بعدي نانومیله اکسیدروي شکلگرفته است.شکل - 2 - طیف جذبی در دماي اتاق مربوط به نمونههاياکسیدروي ساخته شده را نشان میدهد.بین طول موج 300 تا 400 نانومتر، جذب نمونهها با کاهشطول موج افزایش یافته است و قله جذب ظاهر شده بنابراین نمونهها متعلق به نیمرساناهایی با گاف انرژي مستقیمهستند.[8] قله جذب براي نانومیله اکسیدروي خالص ونانومیله اکسیدروي تزریق شده با درصدهاي مختلفناخالصی به ترتیب در 373و 368 نانومتریبمیباشد. ضر جذب α از رابطه زیر محاسبه میشود:[9]که در آن d ضخامت و x میزان عبور میباشد و گاف انرژيبا ضریب جذب با رابطه زیر باهم مرتبط میشوند:
از رسم نمودار - αhʋ - 2 بر حسب hʋ و برون یابی قسمت خطی نمودار میتوان مقدار گاف انرژي را از محل برخوردبا محور hʋ به دست آورد - شکل - . - - 3از مقادیر گاف انرژي داریم که افزایش درصد میزان ناخالصیسبب کاهش گاف انرژي شده است. شکل - 4 - طیف پراش اشعه ایکس نانومیلههاي اکسیدروي درحضور ناخالصی آهن با درصدهاي مختلف را نشان میدهد. مقایسه طیف XRDباکارتهاي استاندارد JCPDS و کارهاي دیگران نشان میدهد که نانوساختار اکسیدروي در ساختار ورتسایت می-باشند.[10]عدم وجود هرگونه قله اضافی نمایانگر این است کهنانوساختارهاي اکسیدروي کریستالی بصورت تکفاز و نشان از جايگیري یونهاي آهن در جایگاه یونهاي روي است.
اندازه متوسط دانهها با استفادهمحاسبهاز رابطه دباي-شرر شد؛همانطور که مشاهده میشود افزودن ناخالصی سبب افزایش اندازه نانوبلورها شده ولی در شرایط آزمایشگاهی یکسانتغییر درصد ناخالصی تأثیري در اندازه نانوبلور نداشته است. براي محاسبه پارامترهاي شبکه بلور شش گوشی نانومیله هااز رابطه زیر استفاده شد:[11]خواص مغناطیسی نانوساختارهاي اکسیدروي آلاییده با آهن با استفاده از VSM در دماي اتاق بررسی شد. شکل - 5 - منحنی پسماند مغناطیسی M-H نانومیلههاي آلاییده اکسیدروي با درصدهايمیدهدمختلف آهن را نشان .همانطور که در شکل پیداست همهي نمونهها حلقه پسمانددارند که نشاندهنده خاصیت فرومغناطیس است. درمقادیرجدول - - 4Hc آورده شده است.
