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

كارشناسي ارشد

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.

191853

دانشگاه علم و صنعت ايران

سراميك

دكتر بيژن افتخاري يكتا - دكتر حميدرضا رضايي