19483

۱۹۴۸۳

بررسي رفتار تبلور و خواص نوري شيشه هاي حاوي اكسيد اينديوم قلع

كارشناسي ارشد

سراميك

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۴/۲۳

دكتر بيژن افتخاري يكتا - دكتر حميدرضا رضايي

مواد و متالورژي

در چند دهه‌ي گذشته، شيشه‌سراميك‌هاي حاوي نانوبلورهاي اكسيدهاي نيمه‌هادي به دليل خواص نوري ويژه، توجه بسياري را به خود جلب كرده‌اند. در اين ميان، اكسيد اينديوم به دليل انحلال بالاتر در شيشه‌هاي سيليكاتي، شرايط تهيه‌ي شيشه‌سراميك‌هايي با مقدار فاز بلوري بيش‌تر را فراهم مي‌نمايد. به طور مثال، اگر اكسيد اينديوم با يون‌هاي Sn4+ آلاييده شود، يك نيمه‌هادي نوع n به نام ITO (اكسيد اينديوم آلاييده شده به قلع) با گاف انرژي در حدود eV 4 تشكيل خواهد شد. اين ماده داراي خواص الكتريكي و نوري بسيار ويژه‌اي از قبيل شفافيت در محدوده‌ي طول موج مرئي، و جذب و بازتابش بالا در ناحيه‌ي مادون قرمز نزديك و ميانه مي‌باشد. ITO در سال‌هاي اخير به عنوان پوشش روي شيشه‌ها‌ به منظور ايجاد خواص الكتريكي و نوري ويژه در شيشه، بسيار مورد استفاده قرار گرفته است. اما تا كنون تبلور اين فاز در ساختار شيشه و تهيه‌ي شيشه‌سراميك‌هايي كه داراي خواص نوري اين فاز يعني شفافيت در محدوده طول موج مرئي و جذب و بازتابش بالا در محدوده‌ي مادون قرمز نزديك و ميانه باشند، انجام نگرفته است. بنابراين هدف از اين پژوهش تبلور نانوبلورهاي ITO در ساختار شيشه‌هاي آلومينوسيليكاتي و آلومينوبوروسيليكاتي و تهيه‌ي شيشه‌سراميك‌هايي شفاف در محدوده‌ي طول موج مرئي و جاذب در محدوده‌ طول موج مادون قرمز نزديك و ميانه، بوده است. در اين پژوهش شيشه‌هايي در دو سيستم SiO2-Al2O3-Na2O-CaO و SiO2-Al2O3-B2O3- Na2O حاوي مقادير نسبتا بالا(<10 درصد وزني) In2O3 و مقادير كم(> 2 درصد وزني) SnO2 به روش ذوب و ريخته‌گري در دماي ℃1600 تهيه شدند. با عمليات حرارتي در محدوده‌ دمايي ℃650-800 و به مدت زمان 10 ساعت، شيشه‌سراميك‌هايي حاوي نانوبلورهاي ITO تشكيل شدند. با بررسي‌هاي ريزساختاري و تصاوير FE-SEM مشخص گرديد كه سازوكار اصلي تبلور در اين شيشه‌ها وقوع جدايش فازي و جوانه‌زني و تبلور حجمي متعاقب بوده است. حضور B2O3 در تركيب شيشه‌، منجر به تشويق جدايش فازي و كاهش سد سينتيكي و ترموديناميكي جوانه‌زني و تبلور شده و قابليت تبلور شيشه را افزايش داد. نمونه‌ي B3/650 بهينه‌ترين قابليت تبلور همراه با حفظ شفافيت در محدوده‌ي مرئي(عبور بالاي 60%) و جذب و بازتابش بالا در محدوده‌ي مادون قرمز نزديك(عبور زير 2%) را نشان داد كه اندازه بلورك‌هاي آن نيز زير nm 10 بوده است. درصد فاز بلوري نمونه‌ي داراي خواص بهينه، كم‌ترين مقدار و برابر 37% بوده است. طيف مادون قرمز ميانه و باندهاي جذبي مربوط به پيوندهاي موجود در شيشه‌ها با استفاده از FTIR مشخص شد كه حاكي از جذب بالا در محدوده عدد موج cm-1 400-1500 و حضور پيوندهاي مختلف چهاروجهي‌هاي [SiO4]، سه‌وجهي‌هاي [BO3] و چهاروجهي‌هاي [BO4] و هم‌چنين پيوند In-O بوده است.

1397/06/12

Investigation of Crystallization Behavior and Optical properties of glasses containing Indium Tin Oxide (ITO)

10/4/2018 12:00:00 AM

Over the past few decades, glass-ceramics containing semiconductor oxide nanocrystals have attracted a lot of attention due to their special optical properties. Among these semiconductor materials, it is possible to synthesis glass-ceramics with more crystalline phase by using Indium oxide due to its higher dissolution in silicate glasses. For example, If Sn4+ doped in the structure of Indium oxide the n-type semiconductor called ITO, with bandgap energy about 4 eV, would be formed. Thin films of Tin-doped Indium oxide (ITO) exhibit high electrical conductivity and transparency in the visible range, and high infrared reflectivity for wavelengths higher than 1μm. The crystallization of ITO in Aluminosilicate and Aluminoborosilicate glasses to investigate their optical properties is the goal of this study. It should be mentioned that there is no earlier report on crystallization of ITO in glasses which is the original novelty of this study. In the present study, samples were prepared in SiO2-Al2O3-Na2O-CaO and SiO2-Al2O3-B2O3- Na2O systems containing In2O3 and SnO2. The glasses were synthesized by melting in a platinum crucible at 1600℃. The glass-ceramics containing ITO Crystallites were obtained by heat treatment process at temperature range 650-800℃ for 10 hours. The main crystallization mechanism, which leads to decrease in the kinetic and the thermodynamic barriers of crystallization, was the phase separation by adding the B2O3. The best optimum microstructural and optical properties achieved from B3/650 sample. The visible transmission higher than 60% along with very strong reflection or absorption in Near IR range (>98%) was achieved from this sample. The crystallite size and the crystalline phase percent of this sample were about 13 nm and 37%, respectively. There was a wide absorption bands at wavenumbers 400- 1500 cm-1 according to the presence of [SiO2], [BO4], [BO3] bendings, and In-O bonds which were concluded from FTIR analysis.