بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانوذرات سربتنگستات به روش هیدروترمال سنتز شد. مشخصهیابی مورفولوژی نانوذرات و خواص نوری به ترتیب به وسیله پراش پرتو ایکس - - XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، گسیل فتولومینسانس - - PL و طیف تبدیل فوریه فروسرخ - FTIR - بررسی شد. اندازه نانوذرات با استفاده از فرمول دبای-شرر تقریبا40 نانومتر بدست آمد. خواص لومینسانس، مکانیزم فرآیند گسیل در طول موج تحریک260 نانومتر با طیفهای فتولومینسانس - - PL مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی خواص سوسوزنی از چشمه آلفازای آمرسیم241با اکتیویته340کیلو بکرل استفاده شد.
مقدمه
آشکارسازها در تحقیقات و کاربردهای علم فیزیک هستهای بسیار مهم و ضروری هستند از اینرو از همان اوایل کشف مواد رادیواکتیویته و تابشهای هستهای، تحقیقات گستردهای در کشف و پیشرفت مواد حساس به این تابشها و دستگاههای آشکارساز صورت گرفته است. در بررسی رفتار مواد رادیواکتیویته دستهای از مواد با خاصیت آشکارسازی به نام سوسوزن وجود دارد که خود به انواع مختلفی تقسیم میشوند. یکی از این دسته، نانوساختار در کاربرد سوسوزن نام دارد و به دلیل خصوصیات ویژه و منحصربهفرد آنها همواره مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفتهاند.
از جمله مواردی که با هدف آشکارسازی پرتوهای ایکس، گاما و ذرات آلفا از آنها استفاده میشود، سوسوزن سربتنگستات میباشند. سربتنگستات در حالت تک بلور بیشتر به عنوان یکی از سوسوزنهای مناسب برای آشکارسازی گاما و ایکس کم انرژی مورد استفاده قرار میگیرد. نخستین جامدی که به عنوان یک آشکارساز ذره به کار رفت، سوسوزنی بود که رادرفورد در آزمایشهای خود در زمینهی پراکندگی ذرات آلفا مورد استفاده قرار داد .[1] سوسوزنها در اصل مواد لومینسانسی هستند که فوتونهای با انرژی بالا را جذب و پس از آن نور مرئی ساطع میکند.
این مواد میتوانند به صورت گازی، مایع و یا جامد، آلی یا غیر آلی - شیشهای، تک کریستال، سرامیک و غیره - باشند. یکی از مواد سوسوزن که به صورت قابل توجهی در پزشکی و توموگرافی رایانهای با هدف آشکارسازی پرتوها و ذرات هستهای به کار گرفته میشود سربتنگستات است. از جمله بارزترین خواص این سوسوزن جذب بالای پرتوهای پر انرژی، چگالی بالا و پایداری بالای شیمیایی آن است .[2] مواد سوسوزنی که امروزه در آشکارسازی استفاده میشود اکثرا تک کریستال بوده و قیمت مواد اولیه و روش تولید و ساخت این مواد به اندازه مورد نظر و شکل مورد دلخواه همگی در هزینه نهایی تاثیر دارد که این هزینه بسیار بالا می باشد و مشکلات فراوانی در رشد بلور در ابعاد بالا وجود دارد.
با توجه به مشکلات ساخت سوسوزنهای تک بلور و سایر روشهای تولید آشکارساز همچنین پیشرفت علم ساخت مواد و ورود به قلمرو کوانتومی پژوهشهای بسیاری در دهههای اخیر بر روی نانومواد انجام شده است. در این مطالعه نانوذرات سربتنگستات که به روش هیدروترمال ساخته شد با توجه به خصوصیاتی همچون طیف گسیلی جذب و نشر در محدودهی حساس تیوب تکثیر کننده فوتون نشان از آن است که، این ماده برای ساخت ماده سوسوزن مناسب میباشد. سربتنگستات به تنهایی و بدون ناخالصی نیز خاصیت سوسوزنی بالایی دارد .[3]
شرح انجام آزمایش
سنتز نانوذرات سربتنگستات به روش هیدروترمال انجام شد. در ابتدا به منظور سنتز نانوذرات سربتنگستات از سدیمتنگستات و سربنیترات با درجه خلوص %99 به عنوان منابع سرب و تنگستات استفاده شد. از بریج به عنوان سورفکتانت استفاده شد. به این منظور 2/5میلیمول سدیمتنگستات در 15 سیسی آب دوبار یونیزه به مدت 15دقیقه بر روی هیتر استیرر 50 درجه سانتی گراد حل گردید - محلول. - 1 سپس بر اساس نسبت استوکیومتری، 2/5 میلی مول سربنیترات در 15سیسی آب دوبار یونیزه شده در دمای 50درجه سانتی گراد حل گردید - محلول. - 2 به مقدار مولی مناسب سورفکتانت واکنش هم به محلول ذکر شده اضافه شد، و اجازه دادیم تا کاملا حل گردد.
سپس محلول1 به آرامی به محلول2 که توسط یک همزن مغناطیسی هم زده میشد، در دمای 50 درجه سانتی گراد اضافه گردید. محلول حاصل درون اتوکلاو قرار داده شد و به مدت 8 ساعت درون آون در دمای 180 درجه سلسیوس قرار داده شد. بعد از طی این مدت رسوب سفید رنگی در ته ظرف تشکیل شد. این رسوب 6 مرتبه با آب دوبار یونیزه شده و 3 مرتبه اتانول با کمک دستگاه سانتریفوژ شستوشو داده شد.
سپس رسوب شستوشو داده شده به مدت 5 ساعت در دمای 90C درون آون خشک شد. با هدف ساختارشناسی آنالیز XRD از دستگاه پراکندگی اشعه ایکس Panalytical - XRD - مدل X'PertPro استفاده شد. طیف XRD نانوذرات سربتنگستات در شکل 1 نمایش داده شده است. این طیف با طیف مرجع به شماره - 86-0843 - مطابقت دارد که حاکی از آن است که نانوبلورهای سربتنگستات به درستی تشکیل شده است.
بحث و بررسی
در ادامه به بررسی سایر خصوصیات ماده پرداخته شده است. در شکل 3 طیف نشر نانوذرات سربتنگستات با طول موج برانگیختگی260 نانومتر آمده است. همانطور که در شکل مشاهده میشود این ذرات دارای قله گسیلی در طول موج حدود 405 نانومتر میباشد. با توجه به اینکه شدت فوتولومینسانس سربتنگستات به عوامل مختلفی از جمله مورفولوژی، PH محلول، دما،سورفکتانت، زمان واکنش و زمان پخت بستگی دارد در این تحقیق شرایط بهینه تعیین و مورد آزمایش قرار گرفت .[5-4]
بعد از تهیه پودر نانوذرات سربتنگستات، به مقدار مشخص از این پودر توسط حلال مناسب در دی متیل فرم آمید - DMF - 2 - - حل شد و به مدت نیم ساعت در دستگاه حمام التراسونیک قرار گرفت و سپس به مدت 4 ساعت بر روی همزن مغناطیسی قرار گرفت تا پودر و پلیمر کاملا و به صورت یکنواخت با هم مخلوط شوند. سپس در درون قالبهای از جنس پلکسیگلس قالبگیری شده و اجازه داده شد در معرض هوای آزاد خشک شود .[7-6] حساسیت ماده سنتز شده نسبت به ذرات آلفا بررسی شد.
در واقع کوچکتر بودن اندازه ذرات، نانوبلورهای سربتنگستات و همخوانی نسبتا خوب بین طیف طول موجهای گسیلی نانوذرات و ناحیه حساس جذب طول موج لامپ تکثیرکننده فوتونی همگی موجب افزایش بازدهی شمارشگر میشود. با تابش ذرات آلفا بر روی نمونه اگر قسمت بیشتر انرژی ذرات آلفا توسط سوسوزن جذب شود، موجب بهبود بازدهی سوسوزنی و در نهایت آشکارسازی میشود .[9-8] طیف مربوط به تابش گاما و ایکس کم انرژی نانوذرات سربتنگستات چشمهی آمرسیم241 در شکل 6 نمایش داده شده است. مشاهدهی طیف خروجی سیستم آشکارسازی نشان میدهد که نانوذرات سربتنگستات برای آشکارسازی پرتوهای گاما و ایکس کم انرژی چشمه آلفا مناسب است .[10]
