بخشی از مقاله
چکیده
در این مفاله چگونگی ساخت نانو سیمهاي کادمیوم هیدروکسید - - Cd - OH - 2 با روکش کادمیوم تلوراید - لایه کادمیوم تلوراید - را با روش آسان انباشت شیمیایی و در دماي پایین بر روي زیر لایههاي شیشهاي به منظور مطالعه و بررسی خواص اپتیکی و میکروساختار آن شرح دادهایم. این روش مبتنی بر انجام واکنشهاي شیمیایی است و به انباشت لایهها بر روي زیر لایه به دلیل انجام واکنش در یک محلول اغلب آبکی دلالت دارد.
براي تهیه لایههاي کادمیوم تلوراید از دو مرحله لایه نشانی، ابتدا انباشت لایههاي کادمیوم هیدروکسید - - Cd - OH - 2 و سپس واکنش با سدیم هیدروژن تلوراید جهت تهیه لایههاي کادمیوم تلوراید استفاده کردیم. الگوي پراش اشعه ایکس - XRD - از نمونه هاي کادمیوم تلوراید نشان می دهد این لایه داراي دو فاز هگزاگونال به طور جداگانه مربوط به کادمیوم هیدروکسید و کادمیوم تلوراید مطابق با الگوهاي استاندارد می باشند. میزان عبور دهی لایه کادمیوم هیدروکسید در ناحیه مرئی 61/5% است که پس از واکنش با محلول سدیم هیدروژن تلوراید و تبدیل شدن به کادمیوم تلوراید به 26% کاهش پیدا میکند همچنین مورفولوژي لایه Cd - OH - 2 و CdTe توسط میکروسکوپ الکترون روبشی نشر میدانی - FESEM - نشان داده میشود.
مقدمه
کادمیوم تلوراید یک ترکیب نیمه هادي از گروه II-VI، و مادهاي بسیار مفید در ساخت سلولهاي خورشیدي لایه نازك فوتوترانزیستورها، دیودهاي گسیلندهي نور، لیزرها و ابزارهاي اپتوالکترونیک [1] است. خواصی چون بلورینگی، نور پایدار و فتولومینسانس بالا - high-pL - براي نانو ذرات کادمیوم تلوراید موجب شده است که این نانو ذرات مورد توجه قرار گیرند .[2] یکی از جذابترین زمینههاي تحقیقاتی رایج تهیهينازكلایههاي نانو ساختاري میباشد.
لایههاي نانو ساختاري به علت اثرات مربوط به محدودیت کوانتومی داراي خواص شیمیایی و فیزیکی کاملاً متفاوتی نسبت به حالت تودهاي خود میباشند .[3] لایههاي نازك متشکل از نانو سیم داراي ساختار متخلخل و مساحت سطح بالایی هستند، این دو ویژگی موجب میشود از این لایهها به عنوان جذب سطحی، فیلتر کردن، وسایل حفظ و نگهداري گرما و سنسورها استفاده شود .[4] علاوه بر این با توجه به نقش ویژهي این نانو سیمها در آیندهي وسایل الکترونیک و اپتوالکترونیک؛ تأکید بر هزینهي تولید پایین، عملکرد بالا و تولید آسان نانو سیمها میباشد.
روشی منتخب براي ساخت کالکوژنهاي فلزي - chalcogenide - با ساختار نانو، ساخت هیدروکسیدهاي فلزي نانو ساختاري به عنوان پیش ماده و یا قالب - template - میباشند .[5] به علت ناپایداري سدیم تلوراید براي تهیه لایه نازك کادمیوم تلوراید مطالعات کمی بر روي این لایهها صورت گرفتهاست، از جمله مطالعات انجام شده بر روي این لایهها: بررسی اثر بازپخت در دماي 150 °C و به مدت 24 h بر لایههاي نازك تهیهCdTe شده به روش شیمیایی توسط ستلو و همکارانش میباشد .[6] در پژوهشی دیگر توسط پتیل و همکارانش، اثر دما بر الگوي پراش پرتو X لایههاي CdTe انباشته شده به روش شیمیایی و بر روي لامهاي شیشهاي مورد مطالعه قرار گرفته است.
[7] روش کار ما در این مطالعه؛ ساخت لایه به روش انباشت شیمیایی کنترل شده مبتنی بر انجام واکنشهاي شیمیایی است و به انباشت لایهها بر روي زیر لایه به دلیل انجام واکنش در یک محلول اغلب آبکی دلالت دارد میباشد. این روش بر پایه تشکیل فاز جامد از محلول فوق اشباع شده میباشد. فرآیند انباشت طی دو مرحله جداگانه؛ هسته بندي و پس از آن رشد ذرات می باشد .[8] قابل ذکر است که از میان روشهاي لایه نشانی شیمیایی متفاوت، لایه نشانی به روش انباشت شیمیایی کنترل شده روشی آسان و بسیار کم هزینه است.
در این مطالعه سعی کردهایم مورفولوژي و خواص اپتیکی نانو کابلهاي کادمیوم تلوراید تهیه شده از نانو سیمهاي کادمیوم هیدروکسید و تحت عنوان قالب را مورد بررسی قرار دهیم. قالب-هاي نانو سیم کادمیوم هیدروکسید از محلول فوق اشباع کادمیوم استات که به آن محلول آمونیاك اضافه میشود سنتز میگردند. نکته کلیدي در لایه نشانی به روش شیمیایی آن است که سرعت این واکنشها را طوري کنترل کنیم که واکنشها به کندي رخ دهند به طوري که ذرات ایجاد شده فرصت پیدا کنند به جاي تجمع و رسوب کردن در محلول، روي یک زیر لایه انباشت شوند و رشد کنند .[9]
روشهاي آزمایشی
مواد شیمیایی استفاده شده به ترتیب زیر وعموماً از شرکت مرك - Merck Co. - آلمان بودند: استات کادمیوم دو آبه - Cd - CH3COO - 2.2H2O - با درجه خلوصسدیمسنتزي، بوروهیدرید - NaBH4 - ، پودر تلوریوم با درجه خلوص 99/8% ساخت شرکت آلدریج - Aldrich Co. - آمریکا، محلول آمونیاك با غلظت 25%، گاز نیتروژن، زیر لایههاي شیشهاي تجارتی - اسلاید یا لام میکوسکوپ نوري به ابعاد مختلف - ، ظرف لایه نشانی، محلول سولفوکرومیک اسید تهیه شدهشستندر آزمایشگاه براي زیرلایهها و آب دو بار تقطیر شده. روش کار براي تهیهي لایههاي کادمیوم تلوراید شامل دو مرحله جداگانه به ترتیب زیر می باشد: الف- مرحله ي اول سنتز نانو سیمهاي کادمیوم هیدروکسید: ابتدا محلول کادمیوم استات را از انحلال نمک استات کادمیوم در آب دو بار تقطیر تهیه میکنیم.
سپس محلول تهیه شده را در یک بشر 150ml ریخته و به آن محلول آمونیاك اضافه میکنیم، با اضافه کردن چند قطره اول رسوب سفید رنگی در محلول ایجاد میشود که با اضافه کردن بیشتر آمونیاك رسوب سفید رنگ حل شده و محلول کاملاً شفاف میگردد. پس از آماده شدن محلول، مقدار لازم از محلول تهیه شده را درون ظرف واکنش محتوي زیر لایه-هاي تمیز شده میریزیم و ظرف واکنش را براي مدت زمان 5 الی 6 روز در محیط آزمایشگاه و در دماي25 0C قرار میدهیم. لایه-هاي انباشته شده پس از شستن با آب دو بار تقطیر را در هواي آزاد قرار داده تا خشک شوند. ب- مرحله ي دوم سنتز نانو کابل-هاي کادمیوم تلوراید از نانو سیمهاي کادمیوم هیدروکسید: در این مرحله ابتدا محلول سدیم هیدروژن تلوراید با نسبت مولی 2:1 از سدیم بوروهیدرید - NaBH4 - براي واکنش با پودر تلوریوم در آب دوبار تقطیر تهیه میشود.
سپس این محلول را به وسیله سرنگ به ظرفی که حاوي لایههاي کادمیوم هیدروکسید میباشد و تحت جو نیتروژن قرار دارد تزریق میکنیم، پس گذشت چند ثانیه رنگ لایه-ها از سفید به قهوهاي تیره تغییر میکند. لایهها را از ظرف واکنش خارج کرده و پس از شستن با آب دوبار تقطیر در محیط آزمایشگاه قرار میدهیم تا خشک شوند و آنها را براي اندازه-گیريهاي بعدي نگهداري میکنیم. طیفهاي عبوري UV-Vis براي نمونههاي تهیه شده با استفاده از یک دستگاه اسپکتروفوتومتر مدل Cary 300 Bio به دست آمدند.
مورفولوژي لایهها قبل و پس از واکنش با سدیم هیدروژن تلوراید توسط آنالیز میکروسکوپ الکترون روبشی نشر میدانی - FESEM - مدل HITACHI 4160 مورد مطالعه قرار گرفتهاست. همچنین الگوي ساختاري لایهها با استفاده از پراش سنج - XRD - مدل X'Pert ساخت شرکت فیلیپس انجام شدهاست. بررسی حضور ترکیبات آلی و دیگر ناخالصیها نیز با استفاده از طیف سنج ATR-FTIR مدل EQUINOX 55 ساخت شرکت BRUKER آلمان انجام گرفتهاست.
روشکار
مورفولوژي لایههاي به دست آمده با استفاده از تصاویر FESEM بررسی شدهاست. مورفولوژي لایههاي کادمیوم تلوراید متأثر از کادمیوم هیدروکسید میباشد چرا که لایههاي کادمیوم تلوراید از واکنش سدیم هیدروژن تلوراید با لایههاي کادمیوم هیدروکسید حاصل میشوند بنابراین ساخت لایههایی با کیفیت مناسب از کادمیوم هیدروکسید بر کیفیت لایههاي کادمیوم تلوراید تأثیر بسزایی دارد. عبور نور از لایه کادمیوم هیدروکسید و همچنین نمودار ضریب جذب - α - بر حسب طول موج - λ - لایه کادمیوم هیدروکسید - a - قبل و - b - پس از واکنش با محلول سدیم هیدروژن تلوراید به ترتیب در شکلهاي 2 و 3 نشان داده میشوند.
