بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، نانولوله های کربنی - CNT - با روش رسوب شیمیایی فاز بخار - CVD - ساخته شدند. سپس با باز کردن طولی نانولوله های کربنی، نانونوارهای گرافنی - GNR - شکل گرفتند. از طرف دیگر، نانوذرات WO3 با کندوپاش لیزری یک صفحه تنگستن خالص غوطه ور در آب سنتز شدند. در مرحله آخر، تابش پالس های لیزر بر محلول حاوی نانوساختارهای - GNR - CNT و نانوذرات WO3، نانوساختارهای - GNR-WO3 - CNT-WO3 را ساخت. میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - برای مشاهدات میکروسکوپی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین طیف سنجی فرابنفش-مرئی و تکنیک زد-اسکن برای مشخصه یابی اپتیکی خطی و غیرخطی استفاده شدند.
مقدمه
اکسیدهای هادی و شفاف به علت ویژگی های منحصربه فرد و کاربردهای بسیار زیاد در صنعت میکرو و نانوالکترونیک، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. دو ویژگی بسیار مهم تری اکسید تنگستن هدایت الکتریکی و شفافیت نوری بسیار بالای آن می باشد. ساختار کریستالی این ماده را می توان با افزودن ناخالصی اصلاح کرد. افزودن ناخالصی به مواد باعث افزایش تعداد الکترون ها و یا حفره ها شده و این عمل باعث بهبود خواص فیزیکی می شود. بازه طیف سنجی 530-700 نانومتر به دست آمده است. آنالیز زد-اسکن توسط یک لیزر Nd:YAG با طول موج 532 nm، انرژی پالس 0.2 mJ و پهنای پالس 10 ns انجام شد.
نتایج و بحث
شکل1 تصاویر TEM گرفته شده از نانولوله های کربنی و نانونوارهای گرافنی سنتز شده را نشان می دهد. با مقایسه این تصاویر و بررسی قطر نانولوله های سنتز شده و عرض نانونوار گرافنی می توان نتیجه گرفت که GNR نشان داده شده حاصل باز شدن طولی نانولوله کربنی می باشد. همچنین شکل2 تصویر میکروسکوپی نانوذرات نیمه کروی تری اکسید تنگستن سنتز شده به روش کندوپاش لیزری را نشان می دهد.
روش انجام آزمایش
در این پژوهش نانولوله های کربنی با روش CVD سنتز شده اند. گاز آرگون با خلوص 99.99 درصد به عنوان گاز حامل و گاز استیلن به عنوان منبع تأمین کربن مورد نیاز، به مدت یک ساعت در دمای 600 درجه سانتی گراد با هم واکنش می دهند و زمینه رشد نانولوله های کربنی را فراهم می کنند. برای به دست آوردن نانونوارهای گرافنی، نانولوله های کربنی سنتز شده به مدت یک ساعت در دمای اتاق در محلول اسید سولفوریک و سپس به مدت یک ساعت در دمای 70 درجه سانتیگراد در پرمنگنات پتاسیم قرار گرفتند.
کندوپاش صفحه تنگستن خالص غوطه ور در 20 mL آب با استفاده از لیزر Q-Switched Nd:YAG با طول موج 1064 nm، سرعت تکرار پالس 2 kHz و پهنای پالس 220 ns انجام شد. پس از آن با تابش پالس های لیزر بر محلول حاوی نانوساختارهای CNT و نانوذرات WO3 و بر محلول حاوی نانوساختارهای GNR و نانوذرات WO3، نانوساختارهای CNT-WO3 و GNR-WO3 ساخته شدند. تصاویر TEM توسط یک دستگاه Philips CM 200 FEG با ولتاژ کاری 200 keV گرفته شده است.
طیف سنجی نوری با اسپکتروفتومتر Varian مدل Cary 500 scan در بازه 200-800 نانومتر انجام شده است. طیف سنجی رامان توسط یک دستگاه Teksan مدل Tekram با GNR به دلیل دارا بودن پیوندهای آویزان1 بیشتر است. پیوند آویزان به پیوند شیمیایی گفته می شود که متصل به یک اتم روی سطح بلور است. این پیوند به اتم دیگری از بلور متصل نیست و در خارج از سطح بلور قرار دارد .[5]
کششی C-C در مواد گرافیتی و باند Dدر مکان حدوداً 1350 cm-1 مربوط به نقوص و بی نظمی های ساختار می باشد .[3] با مقایسه نسبت های شدت قله های D به G در دو طیف مشاهده می شود که این نسبت در طیف مربوط به GNR کاهش پیدا کرده است. دلیل آن می تواند عملیات تخلیص نانولوله های کربنی و حذف ناخالصی هایی مثل نانوذرات کاتالیزور فلزی از ساختار نانولوله های کربنی باشد. شکل4 طیف های جذبی نانوذرات تری اکسید تنگستن، نانوساختارهای CNT-WO3 و GNR-WO3 در ناحیه فوتون های با انرژی بالا را نشان می دهد.
دلیل وجود شکستگی و قطع شدگی در طیف ها این است که با افزایش ناگهانی مقدار جذب نانوساختارهای CNT-WO3 و GNR-WO3 در مرز ناحیه فرابنفش و مرئی به دلیل حضور نانوساختارهای کربنی، ترکیب طیف های گرفته شده توسط لامپ های دوتریم و هالوژن دارای نوسانات می باشد. با افزودن ساختارهای کربنی به درون ساختار تری اکسید تنگستن، لبه جذب WO3 به سمت طول موج های بزرگتر انتقال پیدا کرده است که دلیل آن حضور پیوندهای C-O-W است که به شکل نقص هایی در گاف نواری عمل می کنند .[4] این تاثیر در حضور این تصاویر وجود نانوذرات تری اکسید تنگستن بر روی نانولوله های کربنی و نانونوارهای گرافنی را نشان می دهد.
