بخشی از مقاله
چکیده
رشد موفقیت آمیز نوارهاي نانویی تلوریوم با روش تبخیر فیزیکی در خلأ، در یک کوره لولهاي به انجام رسید. پودر تلوریوم در فشار 10-2 mbar در بوتهاي با دماي 360 οC، تبخیر شد و روي زیرلایههایی در دماي 212 οC تا 231 οC در جهت جریان گاز آرگون نشست نمود. سپس نمونهها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FESEM - ، مشخصهیابی گردیدند. تصاویر بدست آمده نشان میدهد که در دماهاي پایین ساختارهاي به دست آمده بیشتر به شکل نانو میله و نانو سیم هایی با قطري بین100 nm الی 150 nm هستند در حالی که در دماي بالاتر ساختارهاي دو بعدي و نواري شکل با ضخانت بسیار کم نیز قابل مشاهده است.
مقدمه
در سالهاي اخیر رشد مواد نانوساختار با خواص شیمیایی، الکتریکی، مغناطیسی و اپتیکی تغییریافته، موضوع بسیاري از تحقیقات بوده است. نانوساختارهاي یکبعدي به دلیل اهمیت آنها در فهم آثار کوانتومی و همچنین پتانسیل کاربردي آنها به عنوان اجزاي نانویی ادوات اپتیکی، الکترونیکی، اپتوالکترونیکی، الکتروشیمیایی و الکترومکانیکی توجه زیادي را به خود جلب کرده است. نانولولهها، نانومیلهها، نانوسیمها و نوارها یا روبانهاي نانویی از جمله نانوساختارهاي یکبعدي هستند که تاکنون با استفاده از روش هاي گوناگون فیزیکی و شیمیایی رشد داده شده اند 1]و.[2 تلوریوم، عنصري نیمههادي با گاف انرژي 0/34eV است.
تلوریوم و آلیاژهاي این عنصر، نیمههاديهاي نوع p هستند. هدایت تلوریوم مربوط به نقصهاي شبکهاي است که به عنوان پذیرنده عمل می کنند.[3] این ماده خواص جالبی مانند نوررسانایی، اثر ترموالکتریک، فعالیت کاتالیتیک و اثر قوي پیزوالکتریک از خود نشان میدهد و در دستگاههاي مختلفی مانند محیطهاي ضبط اپتیکی، ترانزیستورهاي لایه نازك، گیجهاي کششی، آشکارسازهاي مادونقرمز، بیوسنسورها و حسگرهاي گاز کاربرد دارد.[4]
خاصیت پیزوالکتریسیته عنصر تلوریوم قابل توجه است و خواص الکتریکی آن، وابستگیهاي دمایی غیر معمول از خود نشان میدهد. خواص الکتریکی جالب تلوریوم و ترکیبات آن، که مورفولوژيهاي متنوعی از آنها مشاهده شده است، نویدبخش ساخت ادوات کاربردي بسیاري، به ویژه در مقیاس نانو، می باشد. تلوریوم داراي ساختار بلوري شش گوشی است. در این ساختار اتمهاي تلوریوم در زنجیرههایی مارپیچی مرتب میشوند که اتمهاي همسایه در آن نسبت به هم به اندازه زاویه 120 درجه چرخیدهاند، به گونه اي که هر اتم با دو همسایه نزدیکش در پیوندهاي کووالانسی شرکت دارد. زنجیرهها در طول محور c شکل می گیرند و شبکه ششگوشی با قرار گرفتن یک زنجیره در مرکز و یک زنجیره در هر شش گوشه شش ضلعی حاصل میشود.
این زنجیرهها بهوسیله نیروهاي ضعیف واندروالس کنار یکدیگر نگهداشته میشوند.[5] یکی از روش هایی که براي سنتز نانوساختارهاي تلوریومی مورد استفاده قرار میگیرد و در آن به هیچ نوع قالب یا کاتالیستی نیاز نیست، روش تبخیر فیزیکی می باشد6]و.[7 به علاوه، این روش به فرآیندهاي خالص سازي بعدي که در سنتزهاي شیمیایی مرطوب لازم است نیازي ندارد. همچنین در سنتزهاي شیمیایی مرطوب زمان واکنشی نسبتاً طولانی لازم میباشد که در روش تبخیر حرارتی نیاز نیست8]و9و.[10 در این آزمایش براي رشد ساختارها از زیرلایه هاي شیشه اي استفاده شد. زیرلایه ها به مدت 5 دقیقه در اسید کلریدریک 0/1 مولار قرار داده شدند و سپس به مدت 10 دقیقه در آب مقطر با سیستم اولتراسونیک تمیز و نهایتاً با جریان هواي گرم خشک شدند.
بوته حاوي 0/065 گرم پودر تلوریوم مرك با خلوص 99/99 درصد در منطقه گرم کوره و زیرلایه هاي تمیز شده در فواصل مختلف نسبت به بوته قرار داده شد. سپس محفظه تا فشار 10-3 mbar تخلیه گردید. در این آزمایش براي تزریق گاز آرگون به درون محفظه از mass flow controller استفاده شد. با تزریق 7 sccm گاز آرگون، فشار به 10-2 mbar رسید. با افزایش دماي کوره، دماي بوته که در گرمترین جاي کوره قرار داشت به مقدار 360οC رسید. مدت زمان 80 دقیقه نیز براي رشد ساختارها در نظر گرفته شد.
روش آزمایش
به منظور سنتز ساختارهاي نانویی تلوریوم، از یک کوره لولهاي تحت خلأ استفاده شد. این کوره داراي یک لوله آلومیناي افقی با طول 75 cm و قطر 7/2 cm میباشد که به منظور جلوگیري از آلودگی لوله آلومینا در حین آزمایشها یک لوله کوارتز با طول 75 cm و قطر 7cm داخل لوله آلومینا قرار داده میشود.
بحث و نتایج
ساختارهاي متفاوتی روي زیرلایههاي قرار گرفته در نواحی دمایی مختلف کوره شکل گرفتند. شکل - 2الف و ب - تصاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه در فاصله25/5cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز را نشان می دهد که در دماي 212οC قرار داشتند. در این تصاویر مشاهده میشود که اکثر ساختارها نانومیله و نانوسیم هستند. قطر یک میله در شکل - 2الف - تقریباً 141 nm و قطر یک سیم در شکل - 2ب - تقریباً 105nm نشان داده شده است.
شکل - 2ج و د - تصاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته در فاصله 24/5 cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز که به دماي 222οC رسیده را نشان میدهد. همانگونه که در این دوتصویر مشاهده می شود، قطر ساختارها با افزایش دما افزایش یافته است. شکل - 3د - قطر یک سیم را روي زیرلایهاي که به دماي بیشینه 222οC رسیده است، تقریباً 208 nm نشان میدهد. شکل -2 تصاویر FESEM ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه هایی با دماي 212οC - الف و ب - و 222οC - ج و د - . در شکل 3 تصاویر مربوط به ساختارهاي رشد یافته روي زیرلایه در فاصله 23/5 cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز که به دماي 231οC رسیده ارائه شده است.
در این شرایط اولاً مشاهده میشود که با افزایش دما قطر ساختارهاي یک بعدي افزایش یافته است به گونهاي که شکل - 3الف - قطر یکی از این ساختارها را حدوداً 437 nm نشان میدهد. ثانیاً تراکم بسیار زیاد ساختارهاي ایجاد شده در این نمونه که در شکل - 3ب - آمده قابل توجه است. ثالثاً شکلگیري ساختارهاي نواري و نانوساختارهاي دوبعدي در این شرایط به وضوح قابل مشاهده است. نمونه اي از این ساختارهاي دو بعدي در تصاویر - 3ج و د - نشان داده شده اند. از شکل - 3و - به وضوح دیده می شود ضخامت برخی از این ساختارها به اندازهاي کم است که ساختارهاي زیرین آنها کاملاً دیده میشود. شکل - 3ه - ضخامت یکی از این ساختارها را حدود 33 nm نشان میدهد.
نتیجهگیري
در این آزمایش نوارهاي نانویی تلوریوم با روش تبخیر فیزیکی در یک کوره لوله اي در فشار 10 -2 mbar، تحت جریان گاز آرگون، شکل گرفتند. این نوارها روي زیرلایه شیشه اي با دماي 231οC در فاصله 23/5 cm از مرکز بوته در جهت جریان گاز آرگون، ایجاد شدند. برخی از این نوارها تا حدي نازك هستند که تصاویر ساختارهاي ایجاد شده در زیر آنها بهخوبی دیده میشود.
