18647

۱۸۶۴۷

سنتز و شناسايي لايه‌نازك شفاف و رساناي AZO با افزودني Nb از طريق روش سل ژل

كارشناسي ارشد

مهندسي نانوفناوري - نانومواد

تيرماه ۱۳۹۶

دكتر صادق صادق زاده

دكتر محبوبه رباني

فناوري هاي نوين

لايه‌هاي نازك، به پوشش‌هايي گفته مي‌شود كه ضخامت آن‌ها بين 50 تا 5000 آنگستروم باشد. در اين پوشش‌ها، از لايه‌هايي با دقت اتمي استفاده مي‌شود. اين لايه‌ها، با توجه به كاربردشان، مي‌توانند از جنس مواد فلزي، عايق و نيمه‌رسانا باشند. در اين پژوهش، لايه‌هاي نازك اكسيدروي (ZnO) آلاييده شده با Al و Nb از طريق روش سل ژل تهيه شدند. از استات‌روي، 2- متوكسي اتانول و مونو اتانول آمين، به ترتيب به‌عنوان پيش ماده، حلال و عامل كمپلكس‌كننده استفاده ‌شد. غلظت استات‌روي در 0.7 M و نسبت مقدار پايدارساز به ‌پيش ماده، در مقدار عددي يك (stabilizer⁄precocer=1 ) ثابت نگه داشته شدند. براي ايجاد ناخالصي در لايه‌هاي نازك، از كلريد آلومينيوم و كلريد نيوبيوم، به‌عنوان اولين و دومين آلاينده، استفاده ‌شده است. غلظت يون‌هاي آلومينيوم در تمامي لايه‌ها ثابت و برابر 1% اتمي در نظر گرفته شد. براي بررسي اثر دومين آلاينده، غلظت نيوبيوم از 0% تا 4% اتمي، تغيير داده شد. بعد از تهيه لايه‌هاي نازك، خواص ساختاري، نوري و الكتريكي آن‌ها، توسط ابزارهاي XRD، FT-IR، UV-Vis DRS، FE-SEM و دستگاه چهارنقطه، مورد بررسي قرار گرفت. مطالعه تصاوير FE-SEM نشان داد كه حضور عنصر Nb به‌عنوان يك آلاينده، منجر به تحريك رشد نانو ميله‌ها در سطح لايه‌هاي نازك مي‌شود و با افزايش مقدار Nb، چگالي نانو ميله‌ها بر سطح لايه نازك افزايش مي‌يابد. نمونه با 2% اتمي از آلايندگي نيوبيوم را مي‌توان نقطه مرزي ميان دو روند متفاوت از هم‌راستايي نانو ميله‌ها به‌حساب آورد. بررسي الگوهاي XRD نشان داد كه آرايش نانو ميله‌ها تأثير به‌سزايي بر روي شدت پيك (2 0 0) دارد، به‌طوري‌كه با افزايش جهت‌گيري تصادفي در نانو ميله‌ها، شدت پيك )2 0 0) كاهش مي‌يابد. در ادامه، با مطالعه عبورپذيري نوري لايه‌هاي نازك در محدوده فرابنفش – مرئي، مشخص گرديد كه متوسط عبور پذيري نوري با افزايش چگالي نانو ميله‌ها كاهش مي‌يابد. البته متوسط عبور پذيري نمونه‌ها، حتي در نمونه 4%، بيشتر از 70% در گستره طول‌موج مرئي مي‌باشد. همچنين شكاف انرژي در تمامي نمونه‌ها با افزايش حضورNb+5، از مقدار eV 28/3 به eV 23/3 كاهش مي‌يابد. مطالعه مقاومت الكتريكي نمونه‌ها توسط دستگاه چهارنقطه نشان داد كه به‌طوركلي حضور Nb+5 در نمونه‌ها منجر به كاهش مقاومت الكتريكي سطحي مي‌شود. كمترين مقاومت سطحي Ω/Sq) 38/3) در نمونه‌اي با درصد آلايندگي 1% نيوبيوم اندازه‌گيري شد. همچنين فعاليت فوتوكاتاليستي لايه‌هاي نازك توليدشده براي حذف آلاينده متيلن بلو از محيط آبي، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج به‌دست‌آمده نشان داد كه نمونه با 3% نيوبيوم بالاترين عملكرد تخريب فوتوكاتاليستي را داراست. واژه‌هاي كليدي: لايه نازك، اكسيدروي، سل ژل، مقاومت سطحي،

1397/01/21

4/10/2018 12:00:00 AM

Abstract: In this work, Nb, Al-codoped ZnO (NAZO) thin films have been prepared on soda lime glass substrates by sol gel deposition. Zinc acetate dehydrates, 2-metoxyetanol and Monoethanolamine were used as precursor, solvent and complexing agent, respectively. Concentration of precursor was constants in 0.7 M. The ratio of stabilizer to precursor was 1 (stabilizer⁄precocer=1). For creating the dopant in thin film, we used aluminum chloride and niobium chloride as first and second dopants, respectively. The concentration of Al dopant was constants in all of thin films. After preparation of the thin film, the structural and the electrical and the optical properties of Nb, Al-codoped ZnO films were investigated with different Nb contents (0, 1, 2, 3 and 4 at %) in this thesis. The presence of niobium as dopant changes the morphology of thin film from 2D dimensional thin film to 1D dimensional nano rod. With increasing the Nb dopant, density of nano rods increased. Sample whit 2%Nb possesses the critical point of two different trends in alignment of nano rode. The Nano rods orientation was effected by percent of Nb. Also with increased the random orientation, decreased the density of (0 0 2) in XRD plots. The optical transmittance of thin films decreases with increasing of the nano rods density. The average optical transmittance of all thin films approximately above 70% in the visible region. The band gap of all thin films reduces from 3.28 eV to 3.23 eV with increasing the Nb content. Nb+5 replacement causes to decrease in sheet resistance and minimum resistivity value of 3.38 KΩ/Sq was measured for 1% NAZO thin film. In addition, the photocatalysis activities of prepared thin films were investigated to photodegradation of methylene blue. The obtained results indicated that thin film with 3% NB showed best photocatalysis activity. Keywords: Zinc oxide, thin film, Sol gel, Sheet resistanc, Photocatalyst, Methylene blue.