ساخت و مشخصه يابي نانو ساختارهاي پلاسمونيكي اكسيد موليبدن براي كاربرد حسگري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

دكتري

نانو ساختارهاي اكسيد موليبدن به عنوان يك ماده¬ي رنگزا، به طورگسترده درحسگرهاي گازي، دستگاه¬هاي ذخيره سازي الكتروشيميايي، الكتروكروميك، ترموكروميك، كاتاليستي و پلاسموني مورد توجه قرار گرفته است. نفوذ اتم¬هاي هيدروژن به درون شبكه¬ي اكسيد موليبدن در فرايند گازوكروميك باعث ايجاد تهي¬جاي اكسيژن و حامل¬هاي بار آزاد و بروز باند جذب پلاسمونيك در ناحيه مادون قرمز نزديك مي¬شود. بعلاوه در سال¬هاي اخير تهيه¬ي اكسيدهاي فلزي با خواص رنگزايي با استفاده از روش¬هاي ساخت ساده، ارزان قيمت و سريع مورد توجه قرار گرفته است. روش الكترواكسيداسيون آندي و روش شعله با خوراك جامد از جمله روش¬هاي سنتز كارامد براي تهيه¬ي ساختارهاي اكسيد موليبدن به فرم كلوييد و لايه نازك هستند. در اين پژوهش در بخش اول به ساخت نانو ورقه-هاي كلوييدي MoO3 با استفاده از روش آندايزينگ پرداختيم. به دليل خاصيت كاهندگي محلول كلوييدي اكسيد موليبدن، يونهاي نمك طلا در محلول به فرم نانو ذرات فلز طلا تبديل مي¬شوند. محلول كلوييدي Au-MoO3 نسبت به گاز هيدروژن خاصيت رنگزايي دارد. قله¬هاي پلاسمونيك نانو ذرات طلا در ناحيه مرئي ( nm 550~) و همچنين قله¬ي پلاسمونيك مربوط نانو ورقه¬هاي اكسيد موليبدن در ناحيه مرئي تا مادون قرمز نزديك ( nm 780~)، با افزايش غلظت گاز هيدروژن(3%-0) جابجايي قرمز خواهند داشت. جابجايي قله نانو ذرات طلا مربوط به افزايش ضريب شكست محيط پيرامونش (اكسيد موليبدن) است در حاليكه جابجايي قله مربوط به نانو ذرات اكسيد موليبدن با تغييرات چگالي حامل بار بستگي دارد. منحني مجموع منحني جذب يك رابطه¬ي خطي نسبت به غلظت¬هاي كمتر از 1% گاز هيدروژن نشان مي¬دهد. در بخش دوم لايه¬هاي اكسيد موليبدن بر روي زير لايه شيشه با استفاده از روش شعله با خوراك جامد ساخته شده است. در اين بخش ار تحقيق نقش دماي زير لايه در حين فرايند لايه نشاني بر روي مورفولوژي و ساختار كريستالي مطالعه شده است. با افزايش دماي زيرلايه حين لايه نشاني (℃300-25) ساختار كريستالي بهبود يافته و ساختار از فاز مونوكلينيك به اورتورومبيك تغيير مي¬كند. بعلاوه موفولوژي نانو ذرات لايه نشاني شده نيز از فرم نانو ذرات كروي به ميكرو صفحات ضخيم تغيير مي¬كند. لايه MoO3 بعد از لايه نشاني فلز پالاديم با استفاده از روش اسپاترينگ خاصيت رنگزايي دارد كه به علت بروز خواص پلاسمونيك بعد از هيدروژن-دهي مي¬باشد. آناليزهاي پراش پرتو ايكس و رامان نشان دهنده¬ي تغيير در ساختار كريستالي اكسيد موليبدن بعد از هيدروژن¬دهي است. هرچند موفولوژي سطح تغييرات چنداني ندارد. با ساخت يك دستگاه ساده به بررسي خواص حسگري نمونه ها براي سنجش پارمترهاي ميزان حساسيت نسبت به غلظت هاي مختلف گاز، پايداري و همچنين تكرار پذيري در دماي كاري بهينه پرداخته شد. نمونه¬هاي ساخته شده در دماي اتاق و در دماي ℃300 در دماي كاري ℃150 از نظر سرعت پاسخ وريكاوري شرايط بهينه دارند. در بخش سوم با استفاده از روش ساده و سريع شعله، لايه¬هاي MoO3در دماي اتاق برروي زيرلايه¬هاي شيشه كوارتز لايه نشاني شدند. اين لايه¬ها وقتي در فواصل و مدت زمان¬هاي مختلف در درون شعله بوتان قرار مي¬گيرند، كاهيده مي¬شوند. فرايند كاهش شعله منجر به ايجاد نقص اكسيژن در ساختار اكسيد موليبدن و بروز قله جذب پلاسمونيكي در ناحيه مادون قرمز نزديك مي¬شود. قله پلاسمونيكي در اين لايه¬ها در كاربرد شيشه¬هاي سپر گرمايي منجر به كاهش نرخ افزايش دما در خانه¬ي شبيه سازي شده با فوم دارد.

211923

چگال تجربي

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

پرويز كاملي

محمد مهدوي، حميده شاكري پور، فاطمه داور

مهدي رنجبر