بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، تاثیر دانه دار کردن زیرلایه با غلظت های محلولی مختلف 6 - ، 8 و - 10 mM بر خواص فیزیکی نانوسیم های اکسید روی - ZnO - ، که بر روی شیشه به روش رسوب گذاری حمام شیمیایی تهیه شده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. تصاویر FESEM نشانگر شکل گیری رشد نانو سیم هایی با قطر کوچکتر از 100 nm بوده و با افزایش غلظت محلول از طول آنها کاسته شده است. طیف XRD بیانگر آن است که لایه های رشد یافته دارای ساختار ورتزایت بوده و ابعاد بلورکها و نیز تراکم دررفتگیها نمونه های سنتز شده تابع غلظت محلول دانه گذاری می باشد. تحلیل خواص اپتیکی نشانگر تغییرات گاف نواری نمونهها - در گستره - 3/1 eV - 2/9 می تواند متاثر از تغییرات پهنای دنباله نواری وابسته به نواقص بلوری در لایه ها باشد.
مقدمه
اکسید روی - ZnO - از جمله نیمرساناهای نانوساختار بوده که با داشتن خواص بسیار زیاد از قبیل گاف نواری پهن 3,37 eV - دردمای اتاق - ، انرژی پیوند اکسیتونی بزرگ 60 meV، پایداری حرارتی بالا به همراه شفافیت اپتیکی در ناحیه نور مرئی همچنین غنی از نظر داشتن نانوساختارهای مختلف نظیر نانوسیم ها، نانولوله ها، نانوگلها و ... امروزه مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. لایه های نازک این ماده غالبا به صورت بس بلوری با ساختار شش گوشی رشد پیدا میکنند.[1] این ماده همچنین ایمن-زیست بوده و مستقیما بدون پوشش در کاربردهای بیوپزشکی استفاده میشود .
[2] بی تردید می توان گفت که در تحقیقات کنونی نانوساختارهای یک بعدی ZnO بسیار حائز اهمیت هستند. علاوه بر این، تا به امروز ریخت های گوناگون و متنوع ZnO بیش از هر ماده ی شناخته شده دیگری مشاهده شده است . [3] از جمله کاربردهای نانوساختارهای اکسید روی می توان به ابزارهای نوری و نوری – الکتروشیمیایی ، مواد پیزوالکتریک، فوتودیودها، ابزارهای فوتوولتایی، لیزرهای فرابنفش، اسپکترومغناطیسی، سلول های خورشیدی [4] و حسگرهای گازی - آمونیاک، اوزن، کربن مونوکسید، هیدروژن، نیتروژن اکسید، اکسیژن، پروپان و اتانول - اشاره کرد. در این تحقیق ما به بررسی تاثیر غلظت محلول دانه گذاری در خواص نانوسیم های ZnO رشد یافته بر روی زیرلایه شیشه- ای به روش رسوب گذاری حمام شیمیایی - CBD - پرداخته ایم.
روش آزمایش
روش CBD به دلیل دمای رشد پایین، جهت تولید نانوسیم- های ZnO در نظر گرفته شده است. نانو سیم های ZnO با استفاده از نیتراتروی و هگزامتیلنتترامین بر روی زیر لایه شیشه رشد داده میشوند. پیش از دانهدار کردن، زیرلایههای شیشهای در اندازههای مناسب برش داده شده و در حمام فراصوت شستشو داده میشوند.
-1 روش دانهدار کردن زیرلایهها
محلولی از استاتروی دوآبه - Zn - CH3 COO - 2.2H2O - در ml 50 اتانول خالص با غلظت های مختلف 6، 8 و 10 ml - به ترتیب محلول های 1، 2 و - 3 تهیه شده اند. زیرلایه های شیشه ای شسته شده را ابتدا در این محلول ها به مدت 1 دقیقه نگه داشته سپس با اتانول خالص به مدت 10 ثانیه شسته و با باد خنک و ملایم خشک می شوند. زیرلایه ی پوشش داده شده به مدت 2 دقیقه در کوره در دمای 90œC قرار می گیرند. این عمل 8 بار تکرار شده است. زیرلایه که با لایهای از بلورک های استات روی پوشیده شده است را در دمای350 œC در هوا گرما می دهیم تا لایه ای از دانه های جزیره ای ZnO بر روی سطح زیرلایه حاصل شود.
-2 فرآیند رشد CBD
پس از تهیه زیرلایه های دانه دار شده به منظور رشد نانو ساختارهای ZnO کار را به روش CBD ادامه داده ایم. در این مرحله، محلولی از نیترات روی ششآبه - Zn - NO3 - 2 .6H2 O - - و هگزامتیلنتترامین - - HTMA - - C6 H12 N4 در آب یون زدایی شده تهیه میکنیم. زیرلایهها را در محلولی که در شیشه سربسته ای ریختهایم به صورت عمودی غوطهور میکنیم. نمونه های سنتز شده بسته به محلول دانه گذاری اولیه بترتیب به نام های S1، S2 و S3 نامگذاری شده اند.
طیف XRD لایهها با استفاده از دستگاه پراش پرتو X مدل Bruker/d8advanced، تهیه شدند. الگوهای پراش پرتو X با استفاده از پرتو Cu-. با طول موج 0/154056 nm و زاویه 2 در گستره 20 تا70 درجه ثبت شد. از دستگاه FESEM مدل HITACHI S-4160 جهت برسی مورفولوژی سطح نمونه ها و از دستگاه اسپکتروفوتومتر UV.Vis., Shimadzo - 1800 برای سنجش طیف های عبور و جذب نوری نمونه ها در گستره طول موجی 300-1100 nm استفاده شده است.
نتایج و بحث
الف - مورفولوژی سطح
با مقایسه تصاویر FESEM شکل 1 کاملا مشهود است که غلظت زیرلایه های دانه دار بر روی رشد نانوسیم های ZnO تاثیر دارد. نانوسیم های رشد یافته به صورت همگن تمام سطح نمونه را پوشش داده اند. در واقع، هر دانه ZnO بر روی سطح فیلم دانه، نقش جایگاهی را ایفاء می کند که در مرحله دوم رسوب گذاری در این مواضع نانوسیم هایی به صورت تصادفی بر روی زیرلایه رشد پیدا میکنند .[5] نانو سیم های ZnO پس از تبخیر حلال - اتانول - ، با جهت گیری های مختلف نسبت به محور c تشکیل میشوند .
[6] این نتایج به همراه تصاویر مقطع عرضی لایه ها گویای آن است که هر سه نمونه متشکل از نانوسیم هایی با قطرهای کوچکتر از 100 nm بوده و ارتفاع آنها با افزایش غلظت محلول دانه گذاری رو به کاهش گذارده و به ترتیب از 1380 nm به 686 و سرانجام به 566 nm رسیده اند. علاوه بر این چنانچه پیداست در مقایسه با نمونه ی S1، نمونه های S2 و S3 بترتیب از تراکم و فشردگی بیشتری در محل فصل مشترک با زیرلایه برخوردارند. این ویژگی می تواند بر خواص نوری لایه ها که در بخش بعدی بدان پرداخته ایم تاثیر گذار باشد.
