ورتسایت
ساختار ورتسایت یکی از ساختارهای بر پایه شبکه شش‌ ضلعی فشرده است که در آن آنیون‌ها شبکه hcp را به وجود آورده و کاتیون‌ها یک دوم حفره‌های چهاروجهی را پر می‌کند. عدد کئوردیناسیون هر یک از اتم‌ها /یونها در این ساختار ۴ است. موادی که دارای ساختار ورتسایت هستند عبارتند از: اکسید روی، نیترید گالیوم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌ روی، سلنید‌کادمیم و …
شکل (۳- ۳) ساختار ورتسایت اکسید روی
در بین اکسیدهای کارکردی[۴۱] ، پروسکایت، روتیل، فلوئورید‌کلسیم و ورتسایت، اکسید روی تنها ماده‌ای است که هر دو ویژگی پیزوالکتریکی و نیمه‌رسانایی را از خود نشان می‌دهد. این ماده ساختارهای گوناگونی دارد که بسیار غنی‌تر از انواع نانومواد شناخته شده مانند نانولوله‌های کربنی می‌باشند. با بهره گرفتن از روش تصعید حرارتی حالت جامد و با کنترل سرعت رشد، دمای رشد موضعی و ترکیب شیمیایی مواد می‌توان دسته وسیعی از نانوساختارهای اکسیدروی را سنتز کرد، نانوحلزون‌ها، نانوفنرها و نانوحلقه‌های یکپارچه و بدون درز.
‌اکسیدروی، نیترید‌گالیم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌روی و سلنید‌کادمیم، چند عضو مهم از خانواده ورتسایت می‌باشند که در ساخت مواد پیزوالکتریک، الکترونیک نوری و لیزر اهمیت و کاربرد فراوان دارند. دو ویژگی مهم این خانواده تقارن غیرمرکزی و سطوح قطبی آن‌ها می‌باشد. به عنوان مثال اکسید روی ترکیبی است که به خوبی می‌تواند طرز قرارگرفتن کاتیون‌های ۲+ Zn را در کنار آنیون‌های ۲– O در یک ترکیب چهار وجهی نشان دهد. این یون‌ها طوری قرار گرفته‌اند که بار مثبت در سطح Zn و بار منفی در سطح Oقرار گرفته است. در نتیجه یک دو قطبی در طول محور مرکزی به وجود می‌آید و باعث ایجاد اختلاف سطح انرژی بین سطوح می‌شود. ثابت‌های شبکه [۴۲] مهم اکسید روی عبارتند از c (ارتفاع منشور منتظم) که ۲/۵ آنگستروم بوده و شعاع اتمی مربوط به آن ۲٫۶۰۳ = ۲/c آنگستروم می‌باشد و) a فاصله دو راس شش ضلعی منتظم ) که ۲۴/۳ آنگستروم بوده و شعاع اتمی مربوط به آن ۶۲/۱ = ۲/a آنگستروم می‌باشد. اولی مربوط به جهت بلوری (۰۰۲) و دومی مربوط به جهت بلوری (۱۱۰) می‌باشد. معمولاً ZnO در جهت بلوری (۰۰۲) رشد داده می‌شود و یا بعبارت دیگر تحت شرایط مناسب تمایل بیشتری به رشد در این جهت دارد.
۳-۳-۲- خواص مهم اکسید روی
برخی از خواص مهم اکسید روی در جدول (۳ – ۱) ذکر شده‌‌اند ]۴۰و ۴۱[. این ماده در فاز بی‌شکل [۴۳] بصورت پودر زرد رنگ بوده و در فاز بلوری بصورت شفاف و دارای ضریب شکست نسبتاً بزرگ ۲ n = می‌باشد. البته شفافیت مربوط به باند مرئی بوده و در طول موج‌های مادون قرمز امواج الکترومغناطیس را منعکس می‌کند، بنابراین یکی از کاربردهای این ماده در آیینه‌های حرارتی ‌می‌باشد.

اکسید‌روی جاذب گازها بخصوص دی‌اکسید‌کربن است و خواص پیزوالکتریک آن از جمله سرعت امواج آکوستیکی داخل آن در اثر جذب گاز تغییر می‌کند، بنابراین یکی از کاربردهای مهم آن در آشکارسازی گازها می‌باشد. اکسید روی بدون بو بوده و بخار آن سمی است و در اکثر اسیدها و بازها حل می‌شود ولی در آب و حلال‌های آلی مثل الکل حل نمی‌شود. از آن در صنایع لاستیک‌سازی برای پروراندن لاستیک استفاده می‌شود. در سرامیک‌ها برای بالا بردن استحکام و در پزشکی و داروسازی برای گندزدایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جدول (۳ – ۱) خواص مهم اکسید روی

خواص مهم اکسید روی

a0 nm 32459/0
c0 nm 52069/0
c0 / a0 ۶۰۲/۱
چگالی ۳ gr/cm 606/5
نقطه ذوب C0 ۱۹۷۵
گاف انرژی مستقیم ev 37/3
انرژی برانگیختکی اکسایتونی mev 60

۳-۴- روش‌های ساخت نانوساختارهای اکسید روی
همانطور که در بخش اول اشاره شد، اکسید روی کاربردهای فراوانی دارد. اکسید روی یک خانواده گسترده از نانوساختارها مانند نانو لوله‌ها، نانو سیم‌ها، نانو میله‌ها، نانو فنرها، نانو حلقه‌ها، و … تشکیل می‌دهد که می تواند توسط روش‌های مختلفی ساخته شود (شکل ۳-۴ ) [۴۲]. در این تحقیق، ما به طور عمده به بررسی دو نوع ساختار اکسید روی، نانوسیم‌های اکسید روی و و نانو‌پروس‌های اکسید روی می‌پردازیم.
شکل( ۳- ۴ ) ساختارهای مختلف اکسید روی
۳-۴-۱- ساخت نانوسیم‌‌های اکسید روی
نانوسیم‌های اکسید‌روی را می‌توان بطور مستقل (بدون زیرلایه) و یا با زیرلایه تولید کرد، اما تولید آن با بهره گرفتن از زیرلایه مزیت‌های فوتوکاتالیستی بیشتری دارد. ناهمسانگردی ساختار بلوری اکسید‌روی به رشد نانو‌سیم‌ها کمک می‌کند [۴۱]. سرعت رشد نانو‌سیم‌های تولید شده به روش هیدروترمال در جهت‌های مختلف، متفاوت است و از الگوی زیر پیروی می‌کند [۴۲]:
تکنیک‌های ساخت نانوسیم‌‌های اکسید‌روی را می‌توان بر اساس محیط رشد به دو بخش عمده تقسیم کرد: رشد فاز بخار و رشد فاز مایع یا محلول.
۳-۴-۱- ۱- رشد فاز بخار
سنتز فاز بخار یکی از پرکاربردترین راهکارهای کشف شده برای تشکیل نانوساختارهای یک بعدی می‌باشد ]۴۳[. رشد به روش فاز بخار هم شامل موارد فیزیکی (PVD) و هم شامل موارد شیمیایی (CVD) می‌شود. سنتز فاز بخار در یک محفظه بسته با یک محیط گازی انجام ‌می‌شود. در این روش ابتدا ماده‌ی مورد نظر توسط واکنش‌های شیمیایی تبخیر شده، سپس آن را متراکم می‌کنند تا بر روی زیرلایه رسوب کند. بطور کلی سنتز فاز بخار در دماهای بالا (C5000 – C15000) صورت می‌گیرد و نانوسیم‌هایی با بهتیرین کیفیت تولید می‌کند. تکنیک‌های مختلفی برای تهیه اجزاء اولیه فاز گازی توسعه یافته‌اندکه عبارتند از: مکانیسم بخار- مایع- جامد (VLS) [۴۴] ]۴۴[، رسوب شیمیایی بخار ]۴۵[، رسوب‌دهی شیمیایی بخار آلی- فلز (MOCVD) [۴۵] ]۴۶[، رسوب فیزیکی بخار ]۴۷[، بیم مولکولی ]۴۸[، لایه‌نشانی پالسی ]۴۹[. از بین این روش‌های مختلفی که برای ساخت نانوسیم‌های اکسید روی وجود دارد، روش‌های VLS و MOCVD به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
۳-۴-۱- ۲- رشد فاز مایع
سنتز فاز بخار نیاز به درجه حرارت بالا، تجهیزات پیچیده و گرانقیمت دارد که برای تولید در مقیاس‌های بزرگ مقرون بصرفه نیست. رشد فاز مایع در مقایسه با رشد فاز بخار مزایای بسیاری دارد و بدلیل قابلیت اجرا در دماهای پایین، مقرون به صرفه بودن، سادگی تجهیزات مورد نیاز و در نتیجه امکان تولید انبوه، بسیار مورد توجه قرار گرفته است [۵۰]. بطور کلی سنتز فاز مایع در دماهای کمتر از C 2000 انجام می‌شود و این خصیصه امکان انتخاب زیرلایه‌های بیشتری را فراهم می‌کند. روند رشد در سنتز فاز مایع را می‌توان در محلول‌های آبی یا آلی یا ترکیبی از این دو انجام داد [۵۲- ۵۱].
الف- روش هیدروترمال
همانطور که در فصل اول اشاره شد، در این روش فرایند رشد در دو مرحله صورت می‌گیرد.
مرحله اول: تولید نانو ذرات اکسید روی بر روی سطح زیرلایه. این روش را بذر گذاری می‌نامند. این بذرها، هسته‌هایی برای رشد نانو‌سیم‌ها بر روی سطح زیرلایه به منظور کاهش سد ترمودینامیکی ‌می‌باشند [۵۳].
مرحله دوم رشد نانو سیم های عمودی اکسید روی از طریق قرار دادن بسترهای بذر گذاری شده در درون محلول آبی شامل نیترات روی و هگزامین[۴۶] . محلول را در یک دمای خاص و در یک مدت زمان معینی نگه می‌داریم. پس از اتمام فرایند زیرلایه را شسته و خشک می‌کنیم. واکنشی که درون محلول بین نیترات روی و هگزامین انجام می‌شود برابر است با [۵۴]:
(CH2 )۶ N4 + ۶H2 O → ۶HCHO + 4NH3 (۳- ۷ )

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...