تولید نانو­ساختار­های ترکیبی اکسید روی و بررسی خواص نوری و کاربردهای آن

فهرست مطالب

عنوانصفحه

فصل اول : مقدمه

1- 1-  مقدمهایبرنانوفناوری 2

1-2-  فناورینانووهمگراييعلمي 3

1-2-1-  نانوفناوریمرطوب 3

1-2-2- نانوفناوریخشك 3

1-2-3- نانوفناوریتخميني (محاسبه‌اي) 4

1- 3-  لزومتوجهبهمقياسنانوساختار 4

1- 4-  نانوساختارهایاکسیدروی 5

1- 5-  معرفیفصل‌هایآینده 7

فصل دوم: طبقه بندی و روش‌هایسنترنانو مواد

2-1-  مقدمه 9

2-2-  طبقه‌بندینانوموادازنظرابعاد 9

2-2-1- نانو موادصفربعدی 10

2-2-2- نانوموادیکبعدی 10

2-2-3- نانومواددوبعدی 11

2-2-4-نانوموادسهبعدی 11

2-3- روش‌هایسنترعناصرپایه 12

2-3-1- روشبالابهپایین 13

2-3-1-1- تغییرشکل‌دهیپلاستیکیشدید (SPD) 13

عنوانصفحه

2-3-1-2- آسياب‌هايپرانرژي 14

2-3-1-3- لیتوگرافی 15

2-3-1-4- سونش 16

2-3-2- روشپایینبهبالا 16

2-3-2-1- روش‌هايفيزيكيتبخیری 19

2-3-2-1-1-  روش تبخیرگرمایی 20

2-3-2-1- 2- روش تبخیرتوسطباریکه‌یالکترونی 21

2-3-2-1- 3- روشبرآراییتوسطباریکهمولکولی(MBE) 23

2-3-2-1- 4 – روشلیزریپالسی(PLD) 24

2-3-2-1-5 –روش تبخیر به کمک شعاع یونی (IBAD) 25

2-3-2-2 – روشکندوپاش 26

2-3-2-2 – 1- روش کندوپاش با جریانمستقیم (DC) 27

2-3-2-2 -2-روش کندوپاش باامواجرادیویی (RF) 28

2-3-2-2 -3-روش کندوپاش باشتابدهندهمغناطیسی 29

2-3-2-3- روشچرخشی ( اسپینی ) 30

2-3-2-4-  سل–ژل 30

2-3-2-5- هیدروترمال 32

2-3-2-6- آندایزکردن 32

2-3-2-7- روشصفحهگذاری 33

2-3-2-7- 1- روشصفحهگذاریباالکتریسیته ( الکترولیز ) 33

2-3-2-7- 2- صفحهگذاریبدونالکتریسیته 34

2-3-2-8-  روش‌هايشیمیاییتبخیری 35

عنوانصفحه

فصل سوم: خواص و ویژگی­های نیمه‌رساناها

3-1 -مقدمه 38

3-2 –  خواصاساسینیمه‌رساناها 39

3-2-1- ساختارنواری 39

3-2-2- گافنواریمستقیموغیرمستقیمدرنیمه‌رساناها 40

3-2-3- انتقالحاملدرنیمه‌رسانا 41

3-3 -اکسیدروی 44

3-3-1- ساختاربلوریاکسیدروی 46

3-3-2- خواصمهماکسیدروی 50

3-4-  روش‌هایساختنانوساختارهایاکسیدروی 51

3-4-1- ساختنانوسیم‌‌هایاکسیدروی 52

3-4-1- 1-  رشدفازبخار 52

3-4-1- 2-  رشدفازمایع 53

الف -روشهیدروترمال 53

الف – 1- تأثیرروش ‌بذرگذاریبر روش هیدروترمال 55

الف – 2-  تأثیرمدتزمانرشدبر روش هیدروترمال 57

الف – 3- تأثیرPH محلولاولیهبر روش هیدروترمال 58

الف – 4- تأثیرجنسزیرلایهبر روش هیدروترمال 59

الف – 5- تأثیردمایرشدبر روش هیدروترمال 59

الف -6- تأثیرموادافزودنیبر روش هیدروترمال 60

الف – 7- تأثیرHTMA درشکل‌گیرینانوسیم‌هادر روش هیدروترمال 60

الف -8- تأثیرعواملدیگر بر روش هیدروترمال 61

ب – سایرروش‌هایسنتزفازمحلول 61

3-4-2- ساختنانوحفره‌‌‌هایاکسید‌روی 62

عنوانصفحه

3-4-2- 1-  ساخت به روش سلول الکتروشیمیایی 52

 

فصل چهارم: کاربردهای اکسیدروی

4-1 -مقدمه 69

4-2 -حسگرها 70

4-2-1-حسگرگازی 70

4-2-2- زیست‌حسگرها 71

4-3 – خاصيتفوتو‌كاتاليستي 71

4-4 -سلول‌هایخورشیدیرنگدانه‌ای 72

4-4-1- اجزایتشکیلدهنده‌یسلولخورشیدیحساسشدهبهرنگدانه 73

4-4-1-1-  زیرلایه 73

4-4-1-2-  فوتوآند 74

4-4-1-3-  الکترولیت 74

4-4-1-4- الکترودشمارشگر (کاتد) 75

4-4-1-5-  جاذبنور 75

4-4-2- اصولعملکردسلولخورشیدیرنگدانه‌ای 76

فصل پنجم: تولید نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی

5-1 –  مقدمه 78

5-2- تمیزکاری 77

5-3- تولیدنانوساختارهایترکیبیاکسیدروی 79

عنوانصفحه

5-3-1- رشدنانوسیماکسیدرویبرروینانوحفرهاکسیدروی 80

5-3-1-1- تولیدنانوحفره 80

5-3-1-2- تولیدنانوسیم 81

5-3-1-2- 1- تولیدپوششدانه‌ای 82

5-3-1-2- 2- رشدآرایه‌هاینانو‌سیمیبهروشهیدروترمال 82

5-3-1-3- بررسیاثرولتاژبررویشکل‌گیرینانوساختارها 85

5-3-2- رشدنانوحفره‌هابرروی لایه نازک ازنانوسیماکسیدروی 87

5-4- ساختاربلوری …………89

5-5- بررسیخواصنوری 90

5-6 –  ساخت سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه 93

5-6-1- آماده‌ سازی الکترود کار در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای 39

5-6-2- آماده‌ سازی الکترود مقابل در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای 93

5-6-3- آماده‌ سازی الکترولیت در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای 93

5-6-4- بستن سلول خورشیدی رنگدانه‌ای 94

5-6-5- مشخصه‌یابی سلول‌ خورشیدی رنگدانه‌ای 94

فصلششم:نتیجهگیریوپیشنهادات………………………………………………………………..96

مراجع………………………………………………………………………………………………………………………………………..100

 

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

فهرست جدول­ها

 

 

عنوان                                         صفحه

 

جدول (3-1) خواص مهم اکسید روی 50

جدول (3-2) قطر و طول نانومیله‌های اکسیدروی متناسب با ضخامت لایه بذرگذاری شده. 56

جدول (3-3) میانگین قطر نانوسیم‌ها در زمان‌های مختلف 58

 

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                     صفحه   

شکل (2-1) مقایسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالاتولید نانو ذرات……………………………………..12

شکل (2-2) نمودار درختی روشها­ی فیزیکی لایه­نشانی …………………………………………………………………..18

شکل (2-3)نمودار درختی روشها­ی شیمیایی لایه­نشانی…………………………………………………………………..19

شکل (2-4)طرحواره‌ای از روش لایه‌نشانی تبخیری ………………………………………………………………………..21

شکل (2-5)طرحواره‌ای از دستگاه لایه نشانی تبخیری به کمک باریکه الکترونی……………………………22

شکل (2-6)طرحواره‌ای از لایه­گذاری منظم پرتوی مولکولی……………………………………………………………23

شکل (2-7)طرحواره‌ای از از دستگاه لایه نشانی لیزری پالسی ………………………………………………………..24

شکل (2-8)طرحواره‌ای از از لایه‌نشانی به روش کند­و­پاش ………………………………………………………………26

شکل (2-9)طرحواره‌ای از دستگاهلایه‌نشانی کندوپاشRF………………………………………………… 28

شکل (2-10)طرحواره‌ای از روشلایه‌نشانی سل – ژل …………………………………………………………………36

شکل (3-1)نحوه قرارگیری ترازها، نوارها و گاف انرژی…………………………………………………………………….40

شکل (3-2)ساختار بلوری اکسید روی……………………………………………………………………………………………….46

شکل (3-3)ساختار ورتسایت اکسید روی …………………………………………………………………………………………48

شکل (3-4)ساختارهای مختلف اکسید روی ……………………………………………………………………………………51

شکل (3-5)طرح واره ای از بذر گذاری استات روی بر روی بستر شیشهبا لایه نشانیچرخشی …………………………………………………………………………………………………………………………57

شکل (3-6)تصویری از یک سلول الکتروشیمیایی را برای رسوب دادن یک فلز،روی یک

الکترود جامد ……………………………………………………………………………………………………………………62

عنوان                                                                                                     صفحه   

شکل (3-7)طرحواره‌ای از یک دستگاه پتانسیواستات با سل الکتروشیمیایی که با دو امپدانس جایگزین شده است……………………………………………………………………………………………………….67

شکل (3-8)سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی با منبع تغذیه………………………………………………………..67

شکل (4-1)طرحواره و نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای…………………………………………….76

شکل (5-1)شستشوی زیرلایه با استفاده از التراسونیک …………………………………………………………………..79

شکل (5-2)تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی …………………………………………………….81

شکل (5-3)طرحواره‌ی راکتور طراحی شده جهت روش هیدروترمال………………………………………………83

شکل (5-4)سامانه استفاده شده برای رشد آرایه‌های نانوسیمی، به روش هیدروترمال……………………83

شکل (5-5)تصویر SEM از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال………………83

شکل (5-6)تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال بر روی زیرلایه صاف  و خام FTO……………………………………………………………………………………………84

شکل (5-7)نانوپروس‌های تولید شده توسط الکتروانباشت  الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب) در  ولتاژ 1.0ولت،ج) در ولتاژ 1.5ولت و د) در ولتاژ  2.0ولت……………………………………………………….85

شکل (5-8)نانومیله‌ها و نانوکلوخه‌های شکل گرفته بر روی زیرلایه‌های تولید شده به روشالکتروانباشتدر  الف) ولتاژ 5/0 ولت، ب)  ولتاژ 1.0 ولت ج)  ولتاژ  5/1 ولت و د) ولتاژ2.0 ولت………………………………………………………………………………………………………………….86

شکل (5-9)تصویرSEM از رشد نانو ساختارهای اکسید روی که بصورت نانومیله هستند در

مرحله‌یهیدروترمال………………………………………………………………………………………………………….87

شکل (5-10)تصویر SEM  از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی الکتروانباشت

الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب)  در ولتاژ 1.0 ولت  ج)  در ولتاژ  1.5 ولت

و د) در ولتاژ 2.0 ولت ………………………………………………………………………………………………..88

عنوان                                                                                                     صفحه   

شکل (5-11)الگوی پراش پرتو ایکس از نانو دیسک‌ها ی اکسید رویتولید شده به روش

الکترو انباشت…………………………………………………………………………………………………….88

شکل (5-12)منحنی جذب نانو سیم‌های اکسید روی، تک مرحله‌ای……………………………………………….90

شکل (5-13)منحنی جذب نانو پروس‌های اکسید روی، تک مرحله‌ای …………………………………………..91

شکل (5-14)منحنی جذب نانوساختار ترکیبی ZnO …………………………………………………………………….92

شکل (5-15)منحنی جریان – ولتاژ سلول خورشیدی حساس شده به رنگ با لایه اکسید‌روی…… 95