دانشگاه آزاد اسلامی
واحد ارومیه
دانشکده علوم پایه، گروه فیزیک
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد فیزیک « M.Sc.»
گرایش: حالت جامد
عنوان:
بررسی اثر پارامتر زمان و حضور ناخالصی فلزی بر روی خواص ساختاری و اپتیکی لایه‌های نازک اکسید آهن تهیه شده به روش حمام شیمیایی
زمستان 1394
چکیده
در این پایان نامه با ثابت نگه داشتن عوامل مؤثری مانند pH و فشار و غلظت و دما لایه‌های نازک اکسید آهن به روش حمام شیمیایی در سه زمان متفاوت 30 دقیقه، 60 دقیقه و 90 دقیقه و همچنین لایه‌های نازک اکسید آهن با آلاییده شدن به عناصر ناخالص فلزی آلومینیوم و روی و مس ساخته شده‌اند. سپس خواص ساختاری و مورفولوژی و ساختار بلوری لایه‌های نازک تهیه شده توسط آنالیزهای XRD و SEM و AFM بررسی گردیده است و پارامترهای اپتیکی R و T و α و Eg (گاف انرژی) توسط آنالیز اسپکتروفتومتری بدست آمده است و نتایج بدست آمده با آزمایشات مشابه سایر محققین مقایسه گردیده است. افزایش زمان انباشت و افزودن ناخالصی‌های فلزی کلاً ساختار بلوری و خواص ساختاری و مورفولوژی لایه‌های نازک تهیه شده را تحت تأثیر قرار داده و منجر به تغییر آنها شده است و همچنین در پارامترهای اپتیکی نیز تغییرات مؤثری ایجاد شده است. لایه نازک اکسید آهن تهیه شده در طول زمان 60 دقیقه و لایه نازک اکسید آهن آلاییده شده به عنصر ناخالصی فلزی روی خواص ساختاری و مورفولوژی و ساختار بلوری ایده آلی از خود نشان دادند.
کلمات کلیدی: لایه نازک اکسید آهن، فلز مس، فلز روی، فلز آلومینیوم، میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نیروی اتمی، پراش اشعه ایکس (XRD)، اسپکتروفتومتری.
ا از استاد گرامی جناب آقای دکتر کمال خلیلپور که بعنوان استاد مشاور مرا در تهیه این پایان
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه. 1
فصل اول: نانو تکنولوژی و نانو ساختارها
1-1- مقدمه. 4
1-2- مفهوم نانو تکنولوژی و تاریخچه آن. 5
1-3- نانو ساختارها 11
1-4- نانو ذرات… 12
1-5- روش های تولید نانو ذرات… 14
1-5-1- روش فیزیکی.. 14
1-5-2- روش شیمیایی.. 15
1-6- نانو لایه‌ها 17
1-7- نانو مواد. 18
فصل دوم: روش های ساخت لایه‌های نازک
2-1- مقدمه. 21
2-2- تعریف لایه‌های نازک…. 22
2-3- روش های ساخت لایه‌های نازک…. 23
2-3-1- روش شیمیایی.. 24
2-3-1-1- انباشت به روش تبخیر شیمیایی.. 24
2-3-1-2- روش انباشت الکترولیتی کاتد. 26
2-3-1-3- انباشت به روش حمام شیمیایی.. 27
2-3-2- روش های فیزیک انباشت لایه‌های نازک…. 28
2-3-2-1- انباشت به روش تبخیر فیزیکی.. 28
2-3-2-2- انباشت به روش کندوپاش… 30
2-3-2-3- انباشت به روش روکش کاری یونی.. 32
2-4- مکانیسم رشد لایه‌های نازک…. 33
2-5- خواص لایه‌های نازک (شش گانه) 35
2-5-1- خواص مکانیکی.. 36
2-5-2- خواص الکتریکی.. 37
2-5-3- خواص مغناطیسی.. 38
2-5-4- خواص اپتیکی (نوری) 40
2-5-5- خواص حرارتی.. 41
2-5-6- خواص شیمیایی.. 41
2-6- اهمیت و کاربردهای لایه‌های نازک…. 42
2-6-1-کاربرد لایه‌های نازک در صنعت و تجارت… 43
2-6-2- کاربرد لایه‌های نازک در پزشکی.. 50
2-7- آشنایی با برخی از آنالیزهای لایه‌های نازک…. 54
2-7-1- آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) 54
2-7-2- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 61
2-7-3- آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) 67
2-7-4- آنالیز اسپکتروفتومتری.. 70
فصل سوم: معرفی ساختار و خواص اکسیدآهن، آلومینیوم، مس و روی و معرفی روش لایه نشانی حمام شیمیایی
3-1- مقدمه. 74
3-2- معرفی آهن و تاریخچه آن. 75
3-3- اهمیت آهن و کاربرد آن در صنعت و پزشکی.. 77
3-4- معرفی اکسید آهن.. 79
3-5- ساختار و خواص اکسیدآهن.. 80
3-6- اهمیت اکسید آهن و کاربرد آن در صنعت و پزشکی.. 81
3-7- معرفی آلومینیوم (پارامتر ناخالصی) 82
3-8- معرفی روی (پارامتر ناخالصی). 84
3-9- معرفی مس (پارامتر ناخالصی). 86
3-10- معرفی حمام شیمیایی برای ساخت لایه‌های نازک اکسید آهن.. 89
3-11 مکانیسم انباشت به روش حمام شیمیایی (CBD) 91
3-12- مزایا و معایب روش رسوب در حمام‌های شیمیایی.. 94
فصل چهارم: ساخت و بررسی خواص ساختاری و نوری لایه‌های نازک اکسید آهن
4-1- مقدمه. 96
4-2- ساخت لایه‌های نازک اکسید آهن به روش حمام شیمیایی.. 96
4-2-1- شرح روش ساخت مربوط به اثر پارامتر زمان. 97
4-2-2- شرح روش ساخت لایه‌های نازک اکسید آهن مربوط به آلاییده شدن با عناصر ناخالصی فلزی.. 99
4-3- بررسی خواص ساختاری و نوری لایه‌های نازک اکسید آهن مربوط به پارامتر زمان. 102
4-3-1- بررسی آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) نمونه‌های ساخته شده مربوط به اثر پارامتر زمان. 102
4-3-2- بررسی آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه‌های ساخته شده مربوط به اثر پارامتر زمان. 104
4-3-3- بررسی آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی نمونه‌های ساخته شده مربوط به اثر پارامتر زمان. 108
4-3-4- بررسی آنالیزهای اسپکتروفتومتری نمونه‌های ساخته شده مربوط به اثر پارامتر زمان. 110
4-3-4-1- اسپکتروفتومتری – جذب و نشر. 113
4-3-4-2- اسپکتروفتومتری- گاف انرژی.. 115
4-4- بررسی خواص ساختاری و نوری لایه‌های نازک اکسید آهن مربوط به عناصر ناخالصی.. 117
4-4-1- بررسی آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) نمونه‌های ساخته شده مربوط به عناصر ناخالص…. 117
4-4-2- بررسی آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه‌های ساخته شده مربوط به عناصر ناخالص…. 118
4-4-3- بررسی آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه‌های ساخته شده مربوط به عناصر ناخالصی.. 122
4-4-4- بررسی آنالیزهای اسپکتروفتومتری نمونه‌های ساخته شده مربوط به عناصر ناخالصی.. 126
4-4-4-1- اسپکتروفتومتری – جذب نشر. 126
4-4-4-2- اسپکتروفتومتری – گاف انرژی.. 128
فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
5-1- بحث و نتایج کلی.. 130
5-2- موضوعات پیشنهادی.. 133
منابع. 135
مقدمه
با گذر از میکروذرات به نانو ذرات، با تغییر برخی از خواص فیزیکی روبه رو می‌شویم، که دو مورد مهم آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجمی و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی. اولین اثر کاهش اندازه ذرات افزایش سطح است، افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات موجب می‌شود که اتم‌های واقع در سطح اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم‌های درون حجم ذرات بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند.
این ویژگی واکنش پذیری نانو ذرات را به شدت افزایش می‌دهد به گونه‌ای که ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه‌ای شدن داشته باشند. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانو تکنولوژی شکل دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود می‌باشد. مواد در مقیاس نانو رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده‌ای از خود بروز می‌دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهند کرد. مثلاً فلزات، سخت تر می‌شوند و سرامیک نرم‌تر می‌شود. لایه‌های نازک با ضخامت زیر میکرونی، با خواص ناشی از همان دو ویژگی اصلی آنها که شامل نازک بودن و بزرگی فوق العاده نسبت سطح به حجم است، کاربردهای فراوانی در فناوری‌های نوین یافته‌اند. برخی خصوصیاتی که در اثر نازک بودن سطح به وجود می‌آید، شامل افزایش مقاومت ویژه، ایجاد پدیده تداخل نور؛ پدیده تونل زنی، مقیاس شدگی سطحی، تغییر مماسی بحرانی ابر رساناها می‌باشد.
همچنین برخی خصوصیاتی که از بزرگی سطح لایه‌های نازک ناشی می‌شود شامل پدیده جذب سطحی فیزیکی و پدیده جذب سطحی شیمیایی، پدیده پخش و فعالسازی می‌باشد، با توجه به عملکرد و خواص لایه‌های نازک، می‌توان از آنها جهت بهبود تکنولوژیی‌هایی نظیر سلولهای خورشیدی، سنسورها، کاربردهای نوری، مهندسی الکترونیک و فرو الکترونیک و پزشکی و کشاورزی و…. استفاده کرد. امروزه کاربرد لایه نشانی در صنایع، موضوع توسعه یافته‌ای است، به گونه‌ای که بخش بزرگی از زندگی مدرن را مدیون توسعه صنعت لایه نشانی می‌دانند. اکسید آهن ترکیب غیر آلی با فرمول Fe2O3 است که دارای چهار فاز متفاوت α و β و γ و ε می‌باشد که از طریق تغییر زمان، اندازه دانه، دما و فشار به یکدیگر تبدیل می‌شوند. در این پایان نامه بیشترین ساختار فریک مربوط به فاز α و کمترین آن مربوط به γ می‌باشد. اکسید آهن به علت خاصیت مغناطیسی ذرات آهن دارای کاربرد منحصر به فردی در زیست – پزشکی می‌باشد.
در فصل اول این پایان نامه به بیان مطالب مربوط به ذرات نانویی، نانو تکنولوژی، نانو ساختارها و خواص و کاربردهای آنها خواهیم پرداخت. در فصل دوم نیز به تعریف لایه‌های نازک و بررسی روش‌های ساخت لایه‌ها و توصیف آنالیزهای مربوط و نیز کاربردهای لایه‌های نازک در زمینه‌های صنعت و تجارت و پزشکی را مورد بحث قرار خواهیم داد.
در فصل سوم به معرفی آهن و ترکیباتش به ویژه اکسید آهن و همچنین به معرفی خواص ساختاری و کاربردهای اکسید آهن خواهیم پرداخت. در فصل چهارم طرز ساخت لایه‌های نازک اکسید آهن به روش حمام شیمیایی توضیح داده می‌شود و نتایج بدست آمده از آنالیزهای مربوط به خواص لایه‌های نازک اکسید آهن را بررسی خواهیم کرد.
تعداد صفحات : 157
قیمت : 40 هزار تومان
بلافاصله پس از پرداخت، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار میگیرد و همچنین فایل خریداری شده به ایمیل شما نیز ارسال می شود
پشتیبانی سایت : parsavahedi.t@gmail.com[add_to_cart id=159295]