چکیده
در این تحقیق، لایههای نازک دی اکسید تیتانیوم (TiO2) با ضخامتهای مختلف به روش سل – ژل بر روی بستر شیشهای لایه نشانی شدند. اثر ضخامت لایه نازک بر ساختار فازیTiO2 مورد بررسی و آنالیز قرار گرفت. در ادامه اندازه دانه بلوری و کسر وزنی فازهای موجود، آناتاز و بروکیت، محاسبه شد. قبل از عملیات حرارتی، الگویXRD نشان دهنده ساختار بیشکل لایههای نازک میباشد. پس از فرآیند بازپخت در دمای °C600 قلههای پراشی در الگوی XRD آنها مشاهده شد که نشانه بلوری شدن لایهها است. الگوهای XRD فاز آناتاز را در ساختار لایههای نازک نشان دادند. علاوه بر این، با افزایش ضخامت لایه نازک، پیکهایی مشاهده شد که به فاز بروکیت تعلق دارند. نتایج نشان دادند با افزایش ضخامت لایهها اندازه دانه وکسروزنی فاز بروکیت افزایش یافته است. بروکیت فاز نادری است که به سختی به دست میآید و برای کاربردهای فوتوکاتالیستی مناسب است.
[1] Nair, P. B., Justinvictor V.B., Daniel, G. P., Joy, K. James Raju, K. C., Devraj Kumar, D., & Thomas, P. V.,(2014). Optical parameters induced by phase transformation in RF magnetron sputtered TiO2 nanostructured thin films. Progress in Natural Science: Materials International, 24, 218-225.
[2] Hsu, L.S., & Luca, D. (2003). Substrate and annealing effects on the pulsed-laser deposited TiO2 thin films. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 5, 841-848.
[3] Iijima, K., Goto, M., Enomoto, S., Kunugita, H., Ema, K., Tsukamoto, M., Ichikawa, N. & Sakama, H. (2008). Influence of oxygen vacancies on optical properties of anatase TiO2 thin films. Journal of Luminescence, 128, 911-913.
[4] Zhang, X., Wu, Y., Huang, Y., Zhou, Z. & Shen, S. (2016). Reduction of oxygen vacancy and enhanced efficiency of perovskite solar cell by doping fluorine into TiO2. Journal of Alloys and Compounds, 681,191-196.
مقدمه
دی اکسید تیتانیوم (TiO2) یک ماده غیرقابل تجزیه زیستی است که خواص ساختاری و نوری خاصی دارد. TiO2 به دلیل پایداری شیمیایی در محیط های مختلف، ضریب شکست بالا، ثابت دیالکتریک بالا و شکاف باند بزرگ در چند دهه اخیر به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.TiO2 کاربردهای فراوانی در پزشکی، ساخت سلولهای خورشیدی، فوتوکاتالیزورها، صنایع غذایی و محصولات آرایشی دارد.
دیاکسیدتیتانیم در طبیعت، معمولاً در سه ساختار بلوری آناتاز، روتایل و بروکیت یافت میشود. فاز روتایل در مقایسه با فاز آناتاز و بروکیت پایدارتر است. دیاکسیدتیتانیم در دماهای پایین به شکل فاز آناتاز متبلور میشود. با بالا رفتن دما فاز شبه پایدار آناتاز به فاز پایدار روتایل تغییر ساختار میدهد. در این مطالعه، لایههای نازک TiO2 با ضخامتهای مختلف به روش غوطهوری سل-ژل تهیه شد. لایه های نازک تهیه شده ضخامت متفاوتی دارند. در این پژوهش اثر تغییر ضخامت لایه نازک بر خواص ساختار فازی لایهها توسط پراش اشعه ایکس (XRD) بررسی شد.
.
مواد و روش ها
در این پروژه لایه های نازک دی اکسید تیتانیم با استفاده از آلکوکسید تیتانیوم تهیه شدند. محلول 2TiO با استفاده از ایزوپروپوکساید تیتانیوم Ti)(IV)4O28H12(C به عنوان پیشماده، اتانول )1O6H2(C به عنوان حلال، اسید نیتریک )3(HNO و آب مقطر تهیه شد. تهیه سل بر مبنای هیدرولیز آلکوکساید در محلول الکلی انجام شد. لایههای نازک دیاکسیدتیتانیم با سه ضخامت تقریبی 50، 100 وnm 150 به روش سل ژل تهیه شدند. سپس به مدت دو ساعت در دمای °C600 درون کوره تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. سپس کوره خاموش و دمای لایهها همزمان با دمای کوره تا دمای محیط کاهش یافت.
شکل1- الگوی XRD لایه نازک 2TiO با ضخامت
(a nm50، (b nm100 و (c nm150
بررسی تاثیر ضخامت بر ساختار فازی و کسر وزنی فازهای آناتاز و بروکیت لایه نازک TiO2
عاطفه طاهرنیا
گروه فیزیک ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ملایر
PNUPHY2022