تحقیق درمورد مورفولوژی

دانلود پایان نامه

(الف) 2-14 تصویر SEM محصولات به‏دست آمده در °C 100 را نشان می‏دهد. این تصویر نشان‏دهندۀ نانوگل‏های تشکیل شده از نانوسیم‏ها می‏باشد. طول و قطر نانوسیم‏ها به ترتیب در حدود mϻ 6/2 و nm 232 هستند.

شکل 2-14: (الف-ه) تصاویر SEM و (و) نمونه‏های XRD محصولات به دست آمده در دماهای هیدروترمال مختلف به مدت 12 ساعت. (الف) °C 100،(ب) °C 140، (ج) °C 180، (د و ه) °C 220 ]66[.
هنگامی که دما تا °C 140 افزایش یافت نانوگل‏های متشکل از نانوسیم‏ها به مجموعه‏های نانوسیم تبدیل شدند. قطر، طول، و نسبت ظاهری نانوسیم‏ها به ترتیب در حدود nm 205، ϻm 3 و 15 هستند (شکل ب 2-14). با افزایش دمای واکنش، طول نانوسیم‏ها افزایش و قطر آن‏ها کاهش یافت. با افزایش دما تا °C 180 و °C 220، طول نانوسیم‏ها به ترتیب تا ϻm 5/5 و ϻm 105 افزایش و قطر نانوسیم‏ها تا nm 105 و nm 100 کاهش و نسبت ظاهری به ترتیب تا 52 و 1050 افزایش یافت (شکل ج-ه 2-14). نتایج نشان می‏دهند که نسبت ظاهری نانوسیم‏ها به شدت به دمای واکنش بستگی دارد. نسبت‏های ظاهری نانوسیم‏های به‏دست آمده در دماهای واکنش مختلف در جدول 2-2 خلاصه می‏شوند.
جدول 2-2: نسبت‏های ظاهری نانوسیم‏های NiC2O42H2O بدست آمده با تغییر دمای واکنش هیدروترمال و زمان
8
7
6
5
4
3
2
1
شمارۀ نمونه
220
08/0
15
220
2
32
220
4
32
220
8
211
220
12
1050
180
12
52
140
12
15
100
12
11
دما (°C)
زمان (h)
نسبت ظاهری

نمونۀ XRD محصولات به‏دست آمده در دماهای واکنش مختلف، در شکل (و) 2-14 نشان داده می‏شود. مطابق JCPDS No.25-0581، پیک‏ها در زوایای ° 5/35، ° 4/30، ° 7/22، ° 8/18 = θ2 و ° 6/37 به ترتیب به خطوط پراش NiC2O42H2O تک‏میلی (202)، (002)، (402)، (021) و (204) اختصاص داده می‏شوند. نتایج نشان می‏دهند که نانوگل‏های متشکل از نانوسیم‏ها، مجموعه‏های نانوسیم‏ها و نانوسیم‏های طویل، NiC2O42H2O با ساختار تک‏میلی هستند. با افزایش دمای واکنش شدت پیک‏های پراش افزایش یافت که نشان‏دهندۀ بهبود تبلور NiC2O42H2O است.

شکل 2-15 تصاویر TEM نانوسیم‏های NiC2O42H2O طویل در دمای °C 220 به مدت 12 ساعت را نشان می‏دهد. مشاهدات TEM معلوم کرد که هر نانوسیم دارای قطر یکسانی در تمام طول خود می‏باشد و قطر نانوسیم‏ها در حدود nm 100 است. شکل (ب-د) 2-15 به ترتیب تصاویر TEM مستطیل‏های I-III در شکل (الف) 2-15 را با بزرگ‏نمایی زیاد نشان می‏دهند که بیانگر این است که شکل هندسی نانوساختارهای NiC2O4 .2H2O در واقع یک کمربند با سطح مقطع مستطیل مانند و عرض nm 100-85 و نسبت‏های، عرض به ضخامت 9/2-2/2 هستند.

شکل 2-15: (الف) تصاویر TEM پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در دمای °C 220 به مدت 12 ساعت (ب-د) تصاویر TEM با بزرگ‏نمایی زیاد از مستطیل‏های I-III در (a) ]66[.

همچنین محصولات به پرتودهی پرتو الکترون خیلی حساس هستند. نانوسیم NiC2O42H2O خیلی ناپایدار است به طوری که تحت پرتودهی پرتو الکترون در عرض چند ثانیه به سرعت از تک‏بلور به NiO بس‏بلور تبدیل می‏شود. بنابراین تصاویر SAED و HRTEM نانوساختارهای NiC2O42H2O را نمی‏توان به دست آورد.
پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O سیم مانند تهیه شده در دماهای 180 و °C 220 به مدت 12 ساعت با نسبت‏های ظاهری مختلف، به مدت 2 ساعت در هوا در دمای °C 400 بازپخت شدند. محصولات نهایی با استفاده از XRD و SEM مشخصه‏یابی شدند. شکل (الف-د) 2-16 تصاویر SEM بعد از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در دماهای 180 و °C 220 را نشان می‏دهد. تصاویر SEM معلوم کرد که مورفولوژی هندسی ساختارهای سیم مانند بعد از بازپخت حفظ می‏شوند. نانوسیم‏های بدست آمده بعد از بازپخت ‏پیش ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در دمای °C 180، دارای قطر nm 105-100 و نسبت‏های ظاهری 52-50 هستند. نانوسیم‏های بدست آمده بعد از بازپخت ‏پیش ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در دمای °C 220 دارای قطر nm 100-75 و نسبت‏های ظاهری 1050-509 هستند.

  منابع پایان نامه ارشد دربارهمدیریت تولید، مدل ریاضی، تولید ترکیبی، اعتبارسنجی

شکل 2-16: تصاویر TEM محصولات به دست آمده بعد از باز پخت پیش ماده‏های NiC2O42H2O در °C 180 (الف و ب) و °C 220 (ج و د) در هوا در دمای °C 400 به مدت 2 ساعت ]66[.

نمونه‏های XRD متناظر در شکل 2-17 نشان داده می‏شوند. از شکل 2-17 سه پیک در °9/62، °3/43، °2/37 = θ2 مشاهده می‏شوند. برطبق JCPD No.04-0835 نانوسیم‏های بدست آمده بعد از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O، NiO مکعبی هستند و سه پیک به ترتیب به خطوط پراش (111)، (200) و (220) فاز NiO مکعبی اختصاص داده می‏شوند. همچنین نمونه‏های XRD پیک‏های پراش پهن نشان می‏دهند که بر تشکیل نانوسیم‏ها از نانودرات با اندازه‏های کوچکتر دلالت می‏کنند. اندازۀ متوسط نانوبلورک‏های NiO با استفاده از معادلۀ شرر از سه پیک محاسبه شد. اندازۀ متوسط نانوبلورک‏ها در نانوسیم‏های NiO به دست آمده از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در 180 و °C 220، به ترتیب در حدود 5/0±10 و5/0± 5/8 هستند.

شکل 2-17: نمونه‏های XRD محصولات به دست آمده بعد از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O در °C 180 (الف) و °C 220 (ب) در هوا در دمای °C400 به مدت 2 ساعت ]66[.

به منظور روشن ساختن جزییات ساختار نانوسیم‏های NiO، محصولات به دست آمده از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در °C 220، با استفاده از TEM مشخصه‏یابی شدند که نتایج در شکل 2-18 نشان داده می‏‏شوند. شکل (الف و ب) 2-18 نشان دهندۀ تصاویر TEM نانوسیم NiO با قطرهای nm 100-75 هستند. مشاهدات SEM معلوم کرد که نانوسیم از نانو ذرات NiO با قطرهای nm 11-7 تشکیل می‏شود و بین نانو ذرات فاصله وجود دارد.

2-18: تصاویر SEM محصولات به دست آمده از بازپخت پیش‏ماده‏های NiC2O42H2O تهیه شده در °C 220 به مدت 12
ساعت،در هوا در دمای °C400 به مدت 2 ساعت ]66[.

خواص حسگر گازی:
پودرهای NiO به دست آمده از طریق گرمایش Ni(OH)2 در دمای °C 400، بوسیلۀ SEM مشخصه‏یابی شدند. شکل 2-19 نشان می‏‏دهد که پودرهای تهیه شده شامل توده‏های نانو ذرۀ NiO مکعبی با مورفولوژی غیر منتظم هستند.

شکل 2-19: تصویر SEM پودرهای NiO ]66[.

سه نوع حسگر گازی با استفاده از نانوسیم‏های NiO و نانوسیم‏های طویل (به دست آمده از طریق بازپحت نمونه‏های 3 و 4 (جدول 2-2) در °C 400 در هوا) و پودرهایNiO ساخته شدند. پاسخ این حسگرها نسبت به تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول در دمای °C 350 تحقیق شدند که نتایج در شکل 2-20 نشان داده می‏شوند.

شکل 2-20: منحنی‏های پاسخ مبتنی بر (I) نانوسیم‏های طویل (II) نانوسیم‏ها و (III) پودرهای NiO نسبت به غلظت‏های مختلف (الف) تولوئن، (ب) اتانول، (ج) استون، (د) تری‏اتیل‏آمین و (ه) متانول در دمای °C 350 ]66[.

مشاهده می‏شود که مقاومت الکتریکی (Rsensor) هرسه حسگر به طور ناگهانی به محض تزریق گاز هدف افزایش می‏یابد و سپس بعد از خروج گاز هدف به سرعت کاهش می‏یابد و به مقدار اولیۀ خود باز می‏گردد که با رفتار حسگری، حسگرهای نیم‏رسانای نوع-p سازگار است. با افزایش غلظت گاز هدف، پاسخ حسگر بر پایۀ نانوسیم‏های NiO طویل به تدریج بهبود می‏یابد و از پاسخ نانوسیم‏های NiO و نانوپودرها بیشتر است. به این معنا که نانوسیم‏های NiO طویل بیشتر از نانوسیم‏های NiO و نانوپودرها نسبت به تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول حساس هستند. بعد از چرخه‏های زیاد بین گاز هدف و هوای تمیز، مقاومت حسگرها می‏تواند به حالت اولیۀ خود بازگردد، که نشان دهندۀ برگشت‏پذیری خوب این حسگرها هست. .زمان پاسخ حسگر بر پایۀ نانوسیم‏های NiO طویل به ترتیب برای تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول، 43-25، 19-12، 21-14، 11-6 و s13-9 هست و زمان بازگشت به ترتیب 50-35، 22-15، 30-20، 25-9 و s15-7 است. شکل (الف-ه) 2-21 نمودارهای پاسخ برحسب غلظت گاز را برای سه نوع از حسگرها به ترتیب در معرض تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول نشان می‏دهد.

  پایان نامه ارشد با موضوعسینگل، کراس، میلیمولار، اسیدسالیسیلیک

شکل 2-21: منحنی‏های پاسخ حسگرهای مبتنی بر (I) نانوسیم‏های طویل (II) نانوسیم‏ها و (III) پودرهای NiO نسبت به غلظت‏های مختلف (الف) تولوئن، (ب) اتانول، (ج) استون، (د) تری‏اتیل‏آمین و (ه) متانول ]66[.
با افزایش غلظت تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول پاسخ هر سه نوع حسگر افزایش می‏یابد ولی حسگرهای برپایۀ نانوسیم‏های NiO و نانوپودرها کمتر حساس هستند. از بین این حسگرها نانوپودرها کمترین حساسیت را نشان می‏دهند. پاسخ نانوسیم‏های NiO طویل به ppm 11 تولوئن، ppm 21 اتانول، ppm 17 استون، ppm 9 تری‏اتیل‏آمین و ppm 30 متانول، به ترتیب به 28/1، 58/1، 18/1، 38/1 و 82/1 می‏رسد. کمترین غلظت آشکارسازی شده برای تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول به ترتیب در حدود 3، 5، 4، 2 و ppm 7 است.
واضح است که رسانش نوع-p اکسید نیکل به خاطر غیراستوکیومتری نمونه‏های تهیه شده است که تهی‏جاها در جایگاه‏های کاتیون اتفاق می‏افتند، یعنی NiO یک نقص فلزی (Ni1-xO) نشان داد ]67[. برای هر کاتیون تهی‏جا، دو تا Ni+2 در جایگاه‏های شبکه به Ni+3 اکسید می‏شوند تا خنثایی از نظر الکتریکی حفظ شود. بنابراین از هر تهی‏جای فلزی باید دو، الکترون حفره تشکیل شود. هنگامی که حسگرهای NiO در معرض هوا قرار می‏گیرند مولکول‏های اکسیژن به شکل O- و O2- روی سطح مواد حسگر NiO جذب می‏شوند. پوشش زیاد با گونه‏های اکسیژن جذب شده سبب یک افزایش در حفره‏های الکتریکی مواد حسگر NiO و بنابراین یک افزایش در رسانندگی آن‏ها می‏شود. به این ترتیب کاهش مقاومت نمونه‏های NiO در حضور هوا توجیه می‏شود. هنگامی که مواد حسگر NiO در معرض تولوئن، اتانول، استون، تری‏اتیل‏آمین و متانول قرار می‏گیرند، مولکول‏های کاهنده با گونه‏های اکسیژن یونی جذب شده واکنش می‏دهند و بنابراین الکترو‏ن‏ها به مادۀ نیم‏رسانای نوع-p اکسید نیکل تزریق می‏شوندکه منجر به یک کاهش در رسانندگی الکتریکی می‏شود. در زیر واکنش‏های گونه‏های اکسیژن یونی با مولکول‏های کاهنده نشان داده شده است:
(3-1)
C2H5OH (CH3COCH3 یا C6H5-CH3)gas + O2,ads- ↔ H2Ovap + CO2gas + e-

(3-2)
C2H5OH (CH3OH, CH3COCH3 یا C6H5-CH3)gas + Oads- ↔ H2Ovap + CO2gas + e-

(3-3)
N(C2H5)3gas + O2,ads- ↔ H2Ovap + CO2gas + N2gas+ e-

(3-4)
N(C2H5)3gas + Oads- ↔ H2Ovap + CO2gas + N2gas+ e-

برای حسگرهای بر پایۀ اکسید فلزی، تغییر در مقاومت به طور عمده به وسیلۀ جذب وجدا شدن مولکول‏های گاز از روی سطح مواد حسگر ایجاد می‏شود. به منظور فهمیدن تفاوت اصلی در عملکرد حسگری سه نوع از حسگرها، مساحت سطح BET نانوسیم‏های طویل، نانوسیم‏ها وپودرهای NiO اندازه‏گیری شد که به ترتیب مقدارهای 1/136، 8/86 و m2g-1 4/10 به دست آمد. پاسخ حسگر به وسیلۀ تعداد جایگاه‏های فعال روی سطح حسگرهای گازی NiO تعیین می‏شود. مرز دانه‏ها به عنوان جایگاه‏های فعال در نظر گرفته می‏شوند 68 که آن‏ها روی پاسخ حسگرها اثر مثبت می‏گذارند در حالی که دانه‏های ثانوی که در طی تشکیل آن‏ها مرزدانه‏های زیادی ناپدید می‏شوند روی پاسخ حسگر اثر منفی می‏گذارند. با افزایش نسبت‏های ظاهری نانوسیم‏های NiO، تعداد مرزدانه‏ها افزایش می‏یابد. پودرهای NiO دارای تعداد زیادی دانه‏های ثانوی و تعداد بسیار کمی مرزدانه‏ها می‏باشند. از طرف دیگر منفذهای فراوان توزیع شده در نانوسیم‏های NiO تشکیل شده از نانو بلورک‏‏ه
ا می‏تواند پخش گاز هدف را آسان‏تر کند و سرعت واکنش گاز هدف با اکسیژن جذب شده روی سطح را بهبود دهد. بنابراین عملکرد پاسخ حسگر مبتنی بر نانوسیم‏های طویل تشکیل شده از نانوبلورهای NiO از نانوسیم‏های NiO تشکیل شده از نانو بلورها و نانو پودرهای NiO بهتر بود و کمترین پاسخ به نانو پودرهای NiO مربوط می‏شود.

  پایان نامه ارشد درموردامر به معروف، فعال نمودن

فصل سوم:
مراحل آزمایشگاهی رشد نا نوساختارهای NiO به روش عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن و اسپری پایرولیزیز و آماده سازی لایۀ حسگر گازی

3-1 مقدمه
روش‏های به کار گرفته شده برای رشد نانوساختارها، نقش مهمی را در تعیین خواص فیزیکی آن‏ها ایفا می‏کنند. با استفاده از روش‏های متفاوت، لایه‏هایی با مورفولوژی، خواص ساختاری و اپتیکی گوناگون حاصل می‏شوند. حتی در صورت استفاده از روش لایه‏نشانی یکسان، تغییر جزیی در پارامترهای لایه‏نشانی، لایه‏هایی با خواص متفاوت تولید می‏کند. در این میان روش‏های شیمیایی مانند سل ژل، لایه‏نشانی بخار شیمیایی، روش‏های الکتروشیمیایی و همچنین برخی از روش‏های فیزیکی به دلیل سهولت در انجام کار، هزینۀ کم و ایجاد ساختارهای بدیع توجه زیادی را به خود جلب کرده‏اند. در این فصل بعد از معرفی روش‏های لایه‏نشانی به بررسی روش‏های اسپری پایرولیزیز و عملیات حرارتی در اتمسفر اکسیژن برای تهیۀ نانوساختارهای اکسید نیکل می‏پردازیم. سپس به ساختن لایۀ حسگر از لایه‏های نازک NiO تهیه شده به روش اسپری پایرولیزیز خواهیم پرداخت.

3-2 انواع روش‏های رشد نانوساختارهای NiO
تاکنون روش‏های گوناگونی از جمله تبخیر حرارتی ]69[، اسپاترینگ ]70[، الکتروانباشت ]71[، تجزیۀ گرمایی ]72[، فرایند سل-ژل ]73[، اسپری پایرولیزز ]74[، چگالش بخار شیمیایی (CVD) ]75[، چگالش بخار فیزیکی (PVD) ]76[ و چگالش محلول شیمیایی ]77[ برای سنتز نانوساختارهای یک بعدی NiO مانند نانوسیم‏ها، نانومیله‏ها ، نانولوله‏ها و نانوساختارهای دوبعدی NiO مانند نانوورق‏ها، نانوصفحات و نانوساختارهای سه بعدی NiO مانند نانوگل‏ها توسعه یافته‏اند. با توجه به علاقه‏مندی ما به رشد نانوساختارها به روش‏های اسپری پایرولیزیز و CVD به توضیح دقیق‏تر آن‏ها می‏پردازیم.

3-3 تهیۀ نانوساختارها به روش اسپری پایرولیزیز
در این روش برای تهیۀ نانوساختارها از محلول مادۀ مورد نظر حل شده در یک حلال واسط (معمولاً آب و الکل) استفاده می‏شود.
در این روش ابتدا ماده‏ای که قرار است لایه‏نشانی شود به صورت محلول تهیه شده و تحت فشار یک گاز حامل بر روی سطح زیرلایه اسپری می‏شود. محلول اسپری به گونه‏ای انتخاب می‏شود که پس از انجام یک واکنش شیمیایی گرماگیر بتواند مادۀ موردنظر را روی سطح زیرلایه بنشاند.
3-3-1 جزئیات دستگاه اسپری پایرولیزیز
شکل 3-1 دستگاه اسپری پایرولیز و قسمت‏های مختلف آن را نشان می‏دهد. با این دستگا

این نوشته در پایان نامه ها و مقالات ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید