بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روشی ساده با دماي پایین بهمنظور ساخت نانومیلههاي اکسید روي آراییده با طلا ارائه شد که در آن اثر تغییر غلظت HAuCl4 جهت مطالعه چگونگی آرایش نانوذرات طلا بر روي نانومیلههاي اکسید روي بررسی گردید. جهت بررسی مورفولوژي و مشخصههاي نانومیلههاي اکسید روي آراییده شده با طلا از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، پراش اشعه ایکس - XRD - و طیف سنجی نوري فرابنفش مرئی - UV-Vis - استفاده شد.
میزان آرایش نانوذرات طلا بر روي نانومیلهها به وسیلهي غلظت HAuCl4 کنترل شد. تصاویر SEM نشانگر آن است که تشکیل نانوذرات طلا بر روي نانومیلهها بهشدت به غلظت HAuCl4 بستگی دارد. نتایج بهدست آمده حاکی از آن است که در غلظتهاي کم HAuCl4 تعداد نانوذرات طلاي آرایش یافته بر روي نانومیلهها کم و شکل آنها کروي بوده و با افزایش غلظت HAuCl4 نانوذرات بیشتري بر روي نانومیلهها نشسته و نسبت طول به قطرآنها نیز افزایش مییابد.
مقدمه
امروزه نانوساختارهاي اکسید نیمههادي تک بعدي مانند نانوسیمها، نانومیلهها و نانولولهها بهدلیل دارا بودن خواص گرمایی، اپتیکی و کاتالیستی منحصربهفرد، کاربردهاي متنوعی در سنسورهاي گاز، سلولهاي خورشیدي، تشخیص بیولوژیکی و الکترونیک نوري پیدا کردهاند. در این میان نیمههادي ZnO به علت خواص اپتوالکترونیکی مناسب و شکاف انرژي بالا - 3.37eV - و انرژي بستگی اکسیتونی بالا در دماي اتاق - 60MeV - مورد توجه قرار گرفته است .[1] در بین فلزات نجیب براي آرایش و بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی نانوساختارها، طلا به دلیل فعالیت کاتالیزوري زیاد آن، حساسیت نوري، زیست سازگاري و ثبات شیمیایی مورد توجه قرار گرفته است.
درواقع نانوساختارهاي هیبریدي ZnO-Au براي بهبود خواص در حسگرهاي زیستی، دستگاههاي الکترونیکی، فرایندهاي فوتوکاتالیستی و آشکارسازهاي نوري به کار گرفته میشوند .[2] در سالهاي اخیر پژوهشهاي زیادي جهت آرایش نانوذرات طلا بر روي نانوساختارهاي مختلف انجام گرفت. به عنوان مثال زاو1 و همکارانش با روش آبی-حرارتی2 و با استفاده از استات رويو HAuCl4 نانوساختار ZnO-Au را در دماي 300 درجه سانتیگراد بر روي زیر لایهي شیشهاي رشد دادند. آنها نشان دادند که آرایش نانوذرات طلا بر روي نانومیلههاي اکسید روي باعث بهبود پراکندگی رامان این نانوساختارها تا 910 مرتبه بزرگی خواهد شد .[3]
جزئیات آزمایش
براي ساخت نانومیلههاي اکسید روي از استات روي - Zn - CH3COO - 2.2H2O - ، پلی وینیل پیرولیدن - PVP - و هیدروکسید سدیم - NaOH - استفاده شد. به این منظور ابتدا 0/5 گرم استات روي و 0/05 گرم PVP در 50 میلی لیتر آب بدون یون3 حل شده و به مدت 15 دقیقه روي همزن مغناطیسی در حمام روغن 80 درجه سانتیگراد نگهداشته شد. سپس 0/1 گرم NaOH به محلول اضافه شده و به مدت 40 دقیقه فرایند ادامه یافت. درنهایت محلول به دست آمده پس از رسیدن به دماي محیط با آب شستشو داده شد و در دماي 60 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت خشک گردید. براي آرایش طلا بر روي نانومیلهها، 0/1 گرم از پودر نانومیلههاي اکسید روي بدست آمده از مرحلهي قبل، در 25 میلی لیتر آب بدون یون حل شد و به مدت 1 ساعت بر روي هم زن مغناطیسی در حمام روغن و در دماي 80 درجه سانتی گراد قرار داده شد.
نتایج
شکل - 1 - تصاویر SEM از نانوساختار ZnO و ZnO-Au را در غلظتهاي مختلف نشان میدهد. تصاویر حاکی از آن است که نانومیلههاي ZnO به طورنسبتاً یکنواختی و با طولی کمتر از 1 میکرومتر و قطري کمتر از 100 نانومتر تشکیل شدهاند. همانطور که در تصاویر مشاهده میشود با افزایش غلظت محلول HAuCl4 از 20 میلی مولار به 50 میلیمولار، نانوذرات طلا به خوبی شکل گرفتهاند و آرایش آنها روي سطح نانومیلهها به وضوح دیده میشود.
هندسهي نانوذرات در نمونهي با غلظت 20 میلی مولار کروي بوده و فراوانی چشمگیري ندارند اما در نمونهي با غلظت 50 میلی مولار فراوانی ذرات قابل ملاحظه است و هندسهي آنها از حالت کروي خارج شده و نسبت طول به قطر آن افزایش یافته است. پس از قرار گرفتن نانومیلههاي اکسید روي و 64/66 مشاهده میشود مربوط به ساختار Fcc طلا بوده و به صفحات - 111 - ، - 002 - و - 022 - فاز طلا مرتبط می باشد وحضور طلا روي نانومیله هاي ZnO را تایید میکند .[4] ضعیف بودن قلههاي پراش طلا نشان دهندهي اندازهي کوچک و مقدار کم طلاي موجود در ترکیب است اما هرچه قلهي پراش شدیدتر باشد بدان معنی است که با افزایش غلظت HAuCl4 ذرات طلاي بیشتري روي سطح نانومیلهها شکل گرفته است.
همچنین این رفتار را میتوان به متراکم شدن یا تودهاي شکل شدن ذرات طلاي آرایش یافته نسبت داد .[5] با توجه به نکات فوق شدت قلههاي مربوط به طلا در نمونهي با غلظت 20 میلی مولار ضعیفتر درنتیجه میزان طلاي موجود در نمونهي 20 میلی مولار کمتر و اندازهي آنها کوچکتر است. قلههاي مربوط به طلا در زوایاي2 برابر با 38/37 و 44/44 درجه با افزایش غلظت طلا از 20 میلی مولار به 50 میلی مولار شدیدتر شده که نشان دهنده ي آرایش بیشتر طلا و همچنین تودهاي شدن ذرات طلا در نمونهي 50 میلی مولار است. الگوي پراش نشان دهندهي آن است که ساختار به شدت بلوري شکل گرفته و هیچ قلهاي ناشی از فازهاي ناخالصی مشاهده نشد.
ساخته شده در مرحلهي اول در دماي 80 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت، به منظور تولید نانوذرات طلا محلول HAuCl4 به آن اضافه میشود. سپس با اضافه کردن سیترات سدیم و ادامهي واکنش در دماي ذکر شده جوانه زنی اولیه نانوذرات طلا از حضور یون هاي طلاي موجود در محلول آغاز میشود. سپس نانوذرات تشکیل شده در اثر برهمکنش الکتروستاتیکی روي نانومیلههاي اکسید روي آرایش خواهند گرفت.
