بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش نانوذرات سریم فلوراید CeF3 آلاییده شده با سولفید روی ZnS به روش شیمیایی هم رسوبی تهیه و سنتز شد. ساختار، شکل و اندازه نانوذرات با تکنیک های SEM:EDAX و XRD مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شناسایی ویژگی های اپتیکی نانوکامپوزیت CeF3:ZnS طیف جذبی - UV-Visible - و نشر CeF3 مورد مطالعه قرار داده شد. متوسط اندازه نانوذرات با استفاده از الگوی 23 nm XRD تخمین زده شد. با توجه به نزدیکی قله نشر CeF3 به قله جذب ZnS میزان انتقال انرژی افزایش مییابد که منجر به نشرZnS در طول موج های بلندتر در ناحیه مرئی میشود. این ویژگی باعث افزایش بهره نوری فوتومولتی پلایر در آشکار ساز سوسوزنی میشود.
مقدمه:
امروزه در حوزه فیزیک هستهای و ذرات بنیادی طراحی آشکار سازهایی که دارای پاسخ سریع از مرتبه نانو ثانیه و بهره نوری زیاد باشد یک امر ضروری است. هر چند در حال حاضر طیف وسیعی از این سیستم ها وجود دارد. اما در نواحی تابش های کم شدت و انرژی پایین در مجاورت شتاب دهنده ها و یا تابش های کیهانی مانند نوترینو نیاز به ماده آشکارسازی است که دو خصوصیت را باهم داشته باشد .
1] نانو ذرات ساخته شده از عناصر نادر خاکی ویژگی های قابل قبولی در ارتقاء خصوصیات آشکارسازهای سوسوزن از خود نشان داده اند. در میان این عناصر ترکیبات فلوراید آنها مورد مطالعه گسترده قرار گرفته اند که میتوان به نانوذرات سریم فلورایدCeF3 به دلیل چگالی بالا، پاسخ سریع و مقاومت بالا در برابر تابش ها به عنوان یک سوسوزن معدنی با بازده خوب اشاره نمود3]،.[2 همچنین از این نانو ذرات به دلیل پایداری بسیار خوب و طول بازده تابش کم، به عنوان کالیمتری نرخ بالا استفاده میشود .
[4] با توجه به اینکه نانو ذرات ZnS دارای خواص اپتیکی جالبی همچون ضریب شکست بالا و جذب اپتیکی پایین در محدود طیف مرئی است و با توجه به اینکه، به کارگیری این نانوذرات با استفاده از آلاینده های مختلف قابل کنترل بوده و می توانند خواص اپتیکی آن را بهبود بخشند [5-8]، بنابراین پیش بینی میشود ترکیب آن با میتواند خواص اپتیکی قابل توجهای را نشان دهد. لذا در این پژوهش نانو کامپوزیت CeF3/ZnS که CeF3 به عنوان ماده پایه است سنتز و مورد مطالعه قرار گرفته است.
مواد و روش کار:
در سنتز نانوکامپوزیت CeF3:ZnS از مواد زیر استفاده شده است. سریم نیترات شش آبه - Ce - No3 - 3.6H2O - با خلوص 99,5 درصد، سدیم فلوراید - NaF - با خلوص 99 درصد، زینک استات - - - CH3COO - 2Zn.2H2O وتیواوره - - H2NCSNH2 که تمام این پیش مادهها از شرکت مرک خریداری شده است و از آب دوبار تقطیر شده به عنوان حلال استفاده شده است. از روش شیمیایی هم رسوبی - هسته-پوسته - برای قرار دادن یون ناخالصی CeF3 به عنوان هسته در بین رسوب شبکه ZnS به عنوان پوسته و کنترل آسان شرایط استفاده میشود.
سنتز در دو مرحله شیمیایی انجام گرفت. ابتدا برای تهیه سریم فلوراید خالص مقدار 0/31 گرم از سریم نیترات شش آبه و 1/08 گرم از سدیم فلوراید هر کدام به صورت جداگانه در 100 میلی لیتر آب دوبار تقطیر شده حل شدند. سپس محلول سریم نیترات به مدت 20 دقیقه توسط گاز نیتروژن گاز زدایی شد - برای از یبن رفتن احتمال اکسید شدن - و قطره قطره به محلول سدیم فلوراید در دمای 80 درجه سانتی گراد اضافه شد ودر انتها محلول در همان دما به مدت 90 دقیقه هم خورد و در پایان چندین بار سانترفیوژ شد.
در مرحله بعد برای سنتز سولفید روی مقدار 0/8 گرم از تیواوره و 1/9 گرم زینک استات را داخل بوته چینی ریخته و آن را درکوره با دمای 300 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت قرار داده و در پایان کار آن را چندین بار با آب مقطر شست و شو دادیم و سپس آن را خشک کردیم.در انتها برای تهیه نانوکامپوزیت CeF3:ZnS به این صورت عمل شد که سریم فلوراید سنتز شده را در داخل بوته چینی ریخته و سپس مقدار 0/8 گرم تیواوره و 1/9 گرم زینک استات به آن اضافه شد. محصول نهایی به مدت 6 ساعت و در دمای 300 درجه سانتی گراد در داخل کوره قرار داده شد و در پایان آن را با آب مقطر شست و شو دادیم و به مدت 12 ساعت در دمای اتاق قرار دادیم تا خشک شود.
نتایج:
ساختار فاز نانوذرات و نانو کامپوزیت سنتز شده به وسیله اندازه گیری طیف پراش پرتو ایکس - XRD - تحلیل شد .همان طور که شکل 1 نشان میدهد، اولین نمودار مربوط به ساختار سریم فلوراید خالص است که صفحات - 002 - ، - 110 - ، - 111 - ، - - 300، - 113 - ، - 302 - ، - 211 - ، - 214 - در آن مشهود است. نمودارهای 2 و3 به ترتیب الگوی پراش پرتو ایکس مربوط به سولفید روی خالص و سریم فلوراید آلاییده شده با سولفید روی را نشان میدهد.
در نمودار 3 علاوه بر مشاهده صفحات مربوط به سریم فلوراید وجود صفحات - 111 - ، - 220 - ، - 311 - نشان دهنده تشکیل فاز مکعبی سولفید روی در آن ترکیب است به این منظور که سریم فلوراید به خوبی با سولفید روی آلاییده شده است. با استفاده از فرمول دبای شرر D=k / FRV و الگوی XRD سایز ذرات در نانوکامپوزیت CeF3:ZnS و نانوذرات 23 nm CeF3 تخمین زده شده است. که در آن D سایز متوسط ذرات و k =0/9 ، عرض پیک در نصف شدت بیشینه، Ѳ زاویه براگ مربوط به پیک و =0/154 nm میباشد.
