تاثير عوامل فرآيندي بر ريز‌ساختار و خواص نوري نانوذرات كالكوپريتي CuInS2 (CIS) سنتز شده به روش سونيكيشن-هيدروترمال

كارشناسي ارشد

در اين پروژه سنتز ذرات CuInS2 به كمك روش هيدروترمال در دماي °C180 و مدت زمان 20 ساعت با موفقيت صورت گرفت. همچنين در ادامه اثر كويتاسيون (فراصوت) بر جوانه‌زايي، مورفولوژي ذرات نهايي و ميزان جذب نور نمونه‌هاي سنتز شده در مدت زمان 18 ساعت و دماي °C180 مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور براي انجام فرآيند هيدروترمال از پيش‌ماده‌هاي نمك كلريد مس، نمك كلريد اينديوم و تيواوره به ترتيب با نسبت‌هاي مولي 2:1:1 و حلال آب ديونيزه در دما و زمان‌هاي مختلف سنتز انجام شد و براي تشخيص فاز نهايي از آناليز XRD استفاده شد. بهترين نمونه در دماي °C180 و مدت زمان 20 ساعت به صورت تك فاز در محدوده دقت XRD و به صورت مخلوط پلي‌مورف كالكوپريت و مقدار بسيار اندك و جزئي وورتزيت بدست آمد. سپس به منظور انجام آناليز ريزساختاري از تست FESEM در بزرگ‌نمايي‌هاي مختلف استفاده شد. ذرات بدست آمده داراي مورفولوژي گل-شكل بودند. اندازه اين ذرات در حدود μm6 و اندازه ضخامت صفحات گلبرگ‌هاي آن در حدود nm40 بود. درنهايت براي تعيين انرژي باند ممنوعه ذرات CIS از آناليز DRS استفاده شد. بدين ترتيب انرژي باند ممنوعه براي نمونه سنتز شده در دماي 20 ساعت و دماي °C180 در حدود eV5/1 محاسبه شد كه بر اساس منابع منطبق با انرژي باند ممنوعه CIS بود. همچنين به منظور بررسي اثر فراصوت پروپي در مدت زمان 15 و 45 دقيقه و توان 200 و 300 وات به سوسپانسيون مواد اوليه اعمال شد و سپس همه‌ي آن‌ها در مدت 18 ساعت و دماي °C180 هيدروترمال شدند. مشاهده شد كه همگام با افزايش زمان و توان اعمال فراصوت، درجه بلورينگي ذرات CIS كاهش يافته و همچنين با ايجاد عيوب تشعشعي نظير جاي خالي ثوابت شبكه a و c پيوسته كاهش يافته‌است. اما تاثير كويتاسيون بر مورفولوژي و جذب به‌صورت پيوسته صورت نگرفته است. كويتاسيون تا توان 300وات و مدت 15 دقيقه سبب تسريع در تشكيل ذرات گل-شكل شده و افزايش زمان بيشتر تنها موجب تشكيل آگلومره‌هاي شديد در ذرات CIS شده است. همچنين در بين نمونه‌هاي كويتاسيون شده كمترين ميزان جذب نور مربوط به نمونه فراصوت پروپي شده در مدت 45 دقيقه و توان 200 وات بوده و بيشترين ميزان جذب نور براي نمونه كويتاسيون شده در مدت 15 دقيقه و توان 300 وات بوده‌است. واژگان كليدي: CuInS2، كالكوپريت، سنتز هيدروترمال، فراصوت، ذرات گل-شكل

192406

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد - سراميك

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر علي بيت الهي