بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق یک حسگر تار نوری ماورا بنفش به وسیله سونش غلاف تار نوری مولتی مد ضریب شکست پلهای باقطر هسته 50 m و رشد نانومیلههای اکسید روی بر روی آن طراحی و ساخته شد. در این سیستم از تار نوری که در مقابل منبع نور ماورا بنفش قرار دارد و به یک اسپکتروفتومتر متصل است استفاده شده است. نشت نور گسیلی ماورا بنفش به درون تار نوری توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر اندازهگیری میشود که در آن یک پیک مربوط به عبور نور از ساختار سیلیکا و تضعیف سایر پیکهای منبع نوری را نشان میدهد.
آزمایشات نشان میدهد هنگامیکه تار نوری سونش شده که نانومیلههای اکسید روی بر آن رشد داده شدهاند در معرض تابش ماورا بنفش قرارمیگیرد به تابش ماورا بنفش حساسیت بیشتری نشان میدهد و شدت نور دریافتی به اسپکتروفتومتر تغییر میکند که این میزان تعییرات به اندازه و چگالی نانومیلههای اکسید روی بستگی دارد.
با رشد بهینه نانومیلههای اکسید روی بر روی تار نوری این حساسیت به میزان سه برابر افزایش را نشان داد. همچنین استفاده از منبع نور ماورا بنفش و وجود نانومیلههای اکسید روی بر روی تار نوری سونش شده سبب افزایش حساسیت حسگر جهت اندازهگیری گاز اکسیژن گردید. در این پژوهش نتایج رشد به وسیله میکروسکوپ الکترونی
روبشی بررسی گردیده است و روند ساخت یک نمونه از این حسگر در حالت بهینه ارائه شده است.
-1 مقدمه
اکسید روی دارای خاصیت پایداری شیمیایی بالا، ثابت دیالکتریک پایین، ضریب کوپل الکترومکانیکی بالا، فعالیت کاتالیزوری بالا، جذب نور زیر قرمز و فرابنفش و خاصیت ضد باکتری است و بنابراین به طور بالقوه در کاتالیزورها، حسگرهای گازی، در وریستورهای و خاموش کنندههای آتش، به عنوان رنگدانه برای تهیه رنگ، روکشهای ضد خوردگی و حسگر شعله استفاده میشود
در آشکار سازهای فرا بنفش نانو ساختارهای اکسید روی معمولترین ساختارها به شمار میروند. در این آشکار ساز ها ماده ای که دارای شکاف انرژی بالا عمق نفوذ بالای نور فرا بنفش و مقاومت مناسب در برابر تابش فرا بنفش باشد لازم است. درنسل اول آشکار سازها از بالک و لایه نازک اکسید روی استفاده میشد در حالی که استفاده از نانو ساختارهای اکسید روی می تواند باعث افزایش پاسخ و میزان حساسیت آشکار ساز شود. هم اکنون توجه خاصی به نانو ساختارهای اکسید روی شده و برای بهبود خواص پاسخ نوری آشکار ساز از افزایش نسبت سطح به حجم استفاده شده است.
در این مقاله ما تلاش کردهایم که با رشد نانو میلههای اکسید روی بر روی تار نوری به روش هیدروترمال گامی جدید برای ساخت تقویت کننده ها وآشکار سازهای نوری فرا بنفش برداریم.
-2 متن
در ابتدا حدود 1/5سانتی متر از روکش پلیمری تار نوری برداشته شد. به منظور افزایش حساسیت حسگر بخشی از غلاف بدون روکش تار نوری به وسیله هیدروفلوریک اسید برداشته میشود که در این پژوهش از هیدروفلوریک اسید %20 استفاده شد که پس از گذشت مدت زمان مشخص به قطر دلخواه که حدود 60 میکرومتر بود رسیدیم. با رشد نانوساختارهای اکسید روی بر روی این سطح، غلاف جایگزین ایجاد میگردد که سبب گیراندازی فوتونها و جذب آنها میشود و حاصل آن ایجاد شدن غلافی با ضریب شکست متغییر خواهد بود.
شکل - 1 - نمونهای از تار نازک شده که در آن قطر اولیه 125 میکرون بود را نمایش میدهد.
شکل : - 1 - نمونهای از تار نازک شده با قطر اولیه 125 میکرون
در شکل2 رشد نانو میله ها با دانه گذاری و روش هیدروترمال با استفاده از دانه گذاری 0/01 مولار استات روی دو آبه در 50 میلی لیتر اتانول و 0/03 مولار سود تهیه شده است. برای رشد نانو میله ها بر روی تار نوری، آن را در محلول رشد 0/005 مولار نیترات روی شش آبه و 0/005 مولار هگزا متین تترامین در 50 میلی لیتر آب دو بار یونیده قرار داده و به مدت 18 ساعت درون آون در دمای 95 درجه قرار میگیرد سپس شستشو داده شده و خشک میگردد.
شکل : - 2 - تصویرSEM از نمونه آماده شده بر روی تارنوری
گمانه تار نوری آماده شده که بر روی آن نانو میلهها رشد نمودهاند به همراه یک تار نوری مشابه در اتاقک نور UV قرار میگیرد و خروجی آنها توسط یک اسپکتروقوتومتر ثبت میگردد.
اکثر حسگرهای نوری بر اساس روش اسپکتروسکپی مانند اندازه گیری جذب، بازتاب و فلوئورسانس، که در آن سیگنال به دست آمده مربوط به غلظت ماده آنالیت است که در آن اندازه گیری فلوئورسانس با توجه به اینکه در برابر یک پس زمینه تقریبا صفر است دارای حساسیت بیشتر است. همچنین شایان ذکر است که سیگنال فلوئورسانس از مولکولهای سازنده ماده ساطع می شود به همین دلیل حاوی اطلاعات، در مورد مولکولهای ماده اندازه گیری است.
برای به دست آوردن اثر UV بر حسگر تار نوری با رشد نانو ساختار های اکسید روی از لامپ ساخته شده توسط شرکت ژاپنی HITACHI با پیک طول موج 320 nm با توان 8 وات استفاده شد.
در شکل3 قبل از اینکه تار نوری در معرض تابش قرار گیرد بیناب اسپکتروفوتومتر، وقتی لامپ UV روشن یا خاموش بود مورد،بررسی قرار گرفت.
شکل - : - 3 مقایسه نمودارهای بیناب اسپکتروفوتومتر
نمودار سیاه بیناب اسپکتروفوتومتر وقتی لامپ UV روشن است و نمودار آبی بیناب اسپکتروفوتومتر وقتی لامپ UV خاموش است.
پس از عبور نور UV از تار نوری و گذر از حسگر ساخته شده با اثر گذاری UV بر سطح حسگر و پدید آمدن غلاف جایگزین و تغییر ضریب شکست ، شدت نور عبوری تغییر خواهد کرد که به وسیله اسپکتروفوتومتر قابل اندازه گیری است.
در شکل 4 شدت نور عبوری از تار نوری بدون برداشتن غلاف نشان داده شده است که در آن اندک شدت نشان داده شده به علت آن است که تار نوری از سیلیسیم ساخته شده است و جاذب UV است.
شکل - : - 4 شدت نور عبوری از تار نوری بدون برداشتن غلاف
درشکل 5 شدت نور عبوری از تارنوری با برداشتن بخشی از غلاف نشان داده شده است که در آن چون شدت نور عبوری که از تار عبور میکند به تغییرات ضریب شکست غلاف بسیار حساس است و ضریب شکست تار نوری وقتی در معرض UV قرار میگیرد، تغییر میکند باعث تغییرات شدت نور خروجی میشود.
شکل - : - 5 شدت نور عبوری از تار نوری با برداشتن بخشی از غلاف
