مقاله در مورد تهیه لایه های نازک اکسید مس و بررسی خواص اپتیکی و الکتروشیمیایی و تر شوندگی آنها

بسمه تعالي
تاريخ: ……………………
معاونت آموزشي شماره: …………………..
مديريت تحصيلات تكميلي پيوست: ………………….
فرم پيشنهادي پايان نامه‌هاي دوره‌هاي تحصيلات تكميلي
دانشكده: ادبيات و علوم انساني گروه: فیزیک
1-1- عنوان به فارسي: تهیه لایه های نازک اکسید مس و بررسی خواص اپتیکی و الکتروشیمیایی و تر شوندگی آنها
1-2- عنوان به انگليسي:
Prepartion of Copper oxide thin films and investigation of their optical, electro chemical
2 – مشخصات اساتيد راهنما و مشاور:
3 – مشخصات دانشجو:
4 – نيمسال اخذ واحد پايان نامه: اول سال تحصيلي: 93-92 تعداد واحد پايان نامه: 6
5 – اطلاعات مربوط به موضوع پايان نامه:
الف – تعريف مسئله و فرضيات:
در صنعت آب گریزی و آب دوستی مواد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اهمیت ترکیب های نیمه رسانا در صنعت بیشتر مشاهده می شود.
در سال های اخیر کنترل پارامترهای سطح فلزات توجه زیادی را در بسیاری از برنامه های کاربردی در منطقه فن آوری مدرن به دلیل اهمیت آن به خود جلب کرده است.
یکی از مهمترین مشکلات در تکنولوژی شیشه ای مواد، تداخل آن با هوا، گرد و خاک و باران و برف است. در برخی از موارد فرآیندهای تمیز کردن این سطوح دشوار و در برخی مواد باید هر روز انجام شود. به عنوان مثال سطح پانل های خورشیدی به منظور جذب نور باید بسیار تمیز باشد. وجود لایه گرد و غبار و تفاوت آن بر روی سطوح این نوع از دستگاه ها می تواند بر بهره وری آن تاثیر گذارد.و مشابه آن شیشیه های مورد استفاده در ساختمان ها، اتومبیل و دستگاه های الکتریکی و نوری است. تغییر ترشوندگی سطوح جامد در علم و صنعت مهم است.
برای مثال صطوح آب دوست خواص ضد بخار را نشان می دهد و می تواند در انتقال حرارت جوش و تکنولوژی لحیم کاری مورد استفاده قرار گیرد.
کنترل پارامترهای ترشوندگی سطوح می تواند برای جداسازی عناصر فلزی با ارزش از باطله های معدنی و همچنین برای ساخت سطوح خود تمیز کن مفید باشد. پدیده ترشوندگی یکی از مهمترین موضوعاتی است که می توان به ما در درک فیزیکی از سطوح کمک کند.
آبگریزی سطح با اندازه گیری زاویه ای از یک قطره آب تشکیل شده بین مایع یا جامد یا بخار تعیین می شود. ترشوندگی را می توان با کنترل هر دو ماده ترکیب شیمیایی یعنی انرژی از سطح جامد و زبری سطح جامد کنترل کرد. به دلیل اهمیت مسئله با عنوان یاد شده در این پژوهش می خواهیم لایه های نازک اکسید مس را با استفاده از روش های الکتروشیمیایی و فیزیکی تهیه کنیم.
سپس اثر دما و زمان باز پخت های مختلف بر روی خواص ترشوندگی این لایه ها را مورد بررسی قرار دهیم. می توانیم بر اساس کاربردی که این لایه ها می توانند داشته باشند بهترین و دما و زمان بازپخت را انتخاب کنیم. با مقایسه دمای مختلف بازپخت می توانیم بهترین زاویه تماس مختلف را در دماهای مختلف به دست بیاوریم. و از این طریق آبگریزی آب دوستی و خواص ترشوندگی لایه های نازک را مورد بررسی قرار دهیم. یعنی می توانیم تغییرات دمای بازپخت را روی خواص ترشوندگی لایه های نازک اکسید مس بررسی کنیم.
این تغییر رفتار ترشوندگی در دماهای و زمان های مختلف بازپخت به کمک تکنیک های طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همچنین تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی مرئی- فرابنفش UV- VIS برای بررسی و مشخصه یابی برخی خواص فیزیکی در این پروژه مد نظر هستند. و نتایج حاصل از این توصیفات برای به دست آوردن تغییرات خواص ترشوندگی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. و نهایتاً اقدام به تولید لایه های نازک اکسید مس و همچنین فیلم به کمک روش های الکتروشیمیایی و فیزیکی خواهیم کرد. سپس با بدست آوردن زاویه تماس و دمای بازپخت خاصیت ترشوندگی آنها بررسی می کنیم.
فرضیات: انتظار می رود پس از تولید لایه های نازک اکسید مس توسط روش های الکتروشیمیایی و همچنین فیزیکی و اندازه گیری زاویه قطرات آب با زیرلایه های مختلف سطوحی با زوایای تماس بالاتر از 90 درجه آبگریز و سطحی با زاویه تماس کمتر از 90 درجه آبدوست باشند. فرض بر این است که این تغییرات با بررسی خواص اپتیکی و الکتروشیمیایی ذرات و مواد قابل توجیه باشد.
ب – هدف و ضرورت تحقيق:
هدف از این پروژه بررسی و بدست آوردن اثرهای دما و زمان بازپخت های مختلف بر روی خواص ترشوندگی لایه های نازک اکسید مس و همچنین به دست آوردن بهترین زاویه تماس مختلف در دماهای مختلف و تعیین و تشخیص آبگریزی و آبدوستی لایه های نازک اکسید مس و نهایتاً مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج گزارش شده است.
پ – پيشينه تحقيق:
عزیزیان و همکاران نشان دادند که ترشوندگی از تبادل یونی شیشه آهک سودا پس از فرآیند سرد شدن آهک و تبدیل شدن آنها آبگریز است. و زاویه تماس در زمان تبادل یونی با زمان پخت و دمای پخت پارامترهای مهمی در ترشوندگی هستند. عمق نفوذ یون Ag+ در طول فرایند تبادل یونی در
فرایند بازپخت به کسر پوششی Ag2O و زبری الگوهای نانو بر روی سطح تشکیل می شود. آنها با استفاده از این روش توانستند سطح آبگریز را با زاویه تماس 120 درجه تولید کنند. همچنین نتایج آزمایشات آنها نشان داد که بهترین پارامترهای تولید شده برای داشتن بزرگترین زاویه اشباع در کوتاه ترین زمان تبادل یونی زمان 60 دقیقه و درجه حرارت پخت 100 درجه سانتگراد است. آنها با تحلیلی از زاویه های ترشوندگی مختلف و درجه حرارت بازپخت نشان دادند که زاویه ترشوندگی با افزایش دمای بازپخت افزایش می یابد و همچنین ترشوندگی پارامترهایی از یون های Ag+/Na+ در شیشه های مختلف و در زمان های مختلف تغییر می کند. و از SEM و FTIR برای تعیین مورفولوژی سطح و تجزیه و تحلیل و ترکیب نمونه آماده شده استفاده کردند. همچنین با استفاده از UV-VIS نشان دادند که با افزایش مدت زمان تبادل یونی شدت اوج جذب افزایش یافته است. همچنین طیف سنجی FTIR تشکیل مواد اکسید نقره بر سطح Ag+ و Na+ را روی شیشه تایید کرد.
[Yashar azizian- kalandaragh & et.al, 2013]
یو آنلای یو و همکاران یک رویکرد فاز با راه حل آسان و ملایم و بدون استفاده از قالب های خارجی و میدان مغناطیسی برای سنتز را به صورت گل رز مانند از نانو ساختار CuO تهیه کردند. مزایای استفاده از روش سنتز ذرات به شکل گل رز مانند درجه حرارت خفیف، کم هزینه و کنترل آسان آن است. آنها با استفاده از تصاویر FE-SEM نانوساختارهای رز مانند CuO را نشان دادند. آنها ترکیب را به عنوان نمونه آماده توسط XRD مورد بررسی قرار دادند که در الگوی XRD سه نوع قله مشاهده کردند که متعلق به CuO، Cu2O و Cu است. آنها در ساختار رز مانند CuO میکرونانوساختارهای CuO با یک استراتژی ساده موفق به تعریف خوبی شدند. برگ های نانو گل رز مانند این سازه ها در اندازه چند میکرومتر در طول و عرض 30-40 نانومتر ضخامت هستند. در این کار طیف UV-VIS به منظور برآورد نوری مورد استفاده قرار گرفت. باند گاف نانو ذرات CuO به اندازه 65/2 الکترون ولت بدست آمد. این ذرات می توانند برای برخی از کابردهای بالقوه در تجزیه الکتروشیمی و سنسورها مورد استفاده قرار گیرند.
[Yuanlie Yu & et.al, 2009]
مورالز و همکاران برای اولین بار Fe2O3 را برای استفاده به عنوان مواد آندی در باطری های لیتیومی پیشنهاد دادند. آنها با استفاده از روش لایه نشانی (تجزیه شیمیایی بر اثر حرارت) فیلم های نازک را با مواد فعال نانوسایز برای باطری های لیتیوم و اسید سرب آماده کردند. و با این روش فیلم های نازک نانو کریستالی CuO را تولید کردند و فعالیت های آنها را به عنوان الکترود های باطری لیتیوم بررسی کردند. کار آنها باعث بهبود واکنش الکتروشیمیایی CuO در مقایسه با مواد Bulk شده و برگشت پذیری واکنش CuO Cu افزایش یافت . به این طریق سلول می تواند ظرفیت بیشتری را در یک چرخه گسترده نگه دارد.
محلول آبی مس استات یک روش موثر و ساده برای تولید فیلم های نازک CuO در دمای متوسط است. در دمای 200 درجه سلسیوس نمک ارگانیک از هم می پاشد و زیرلایه توسط یک فیلم ممکن و واحد که شامل ذرات نانومتری شبکه کروی هستند پوشیده می شود. تحت این شرایط CuO تنها فاز کریستالی است که در فیلم مشاهده می شود. این فیلم ها می توانند به صورت برگشت پذیر با لیتیوم در سلول های Li/LiPF2 و EC/DEC در پتانسیل 0.0-3.0V واکنش دهند. آنها نشان دادند که کارکرد الکتروشیمیایی این سلول ها با کاهش سایز ذرات و ضخامت فیلم افزایش می یابد. همچنین نشان دادند که برای این ساختار ظرفیت لایه های نازک نانوساختاری CuO به اندازه AhKg-1 625 است که در مقایسه با حالت میکرومتری AhKg-1 400 خیلی بیشتر است که ناشی از واکنش CuO Cu است. این ظرفیت نگهداری خوب برای سلول ها این نوع فیلم ها را جایگزین مناسب برای آندها در باطری های یون Li می کند.
[Julian Morales & et.al, 2004]
گوش و همکاران موفق به تولید نانو بلور CdO و CuO شامل تجزیه فلز در محیط تولوئن آماده شدند. از آنجاییکه بسیاری از فلزات به روش انتقالی و برخی به روش غیر انتقالی تشکیل می شوند این مسیر را می توان برای راحتی کار برای آماده سازی نانو بلور از اکسیدهای فلزی مختلف در حلال های آلی محلول استفاده کرد. نانو بلور Cd و CuO به دست امده توسط تک بلور در طبیعت توسط میکروسکوپ الکترونی نشان داده شد. نانو کریستال های CdO نانو بلوری از nm 5/4 قطر شاهدی بر سلول های کوانتومی است.
[Moumita ghosh & et.al, 2004]
تا آنجایی که اطلاع داریم در سطح ملی و بین المللی با این عنوان پروپوزال و هدف ارائه شده کار پژوهشی انجام نشده است.
ت – روش اجراي طرح:
در این طرح ابتدا لایه های نازک اکسید مس به روش الکتروشیمیایی و فیزیکی به کمک روش های کلوئیدی و یونی به صورت فیلم ساخته شده و سپس زوایای مختلف قطرات مایع بر روی این لایه ها در دما ها و زمان های مختلف اندازه گیری شده و مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. نمونه های مختلف در دماها و زمان های گوناگون هم از لحاظ الکتروشیمیایی و هم از لحاظ اپتیکی مورد مقایسه، بررسی و بحث قرار خواهند گرفت. تکنیک های پراش پرتوی ایکس (XRD) میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) طیف سنجی مرئی- فرابنفشUV-VIS و همچنین طیف نگاری تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) برای بررسی و آنالیز سطح و آنالیز ترکیب نمونه های تهیه شده در این پروژه مد نظر هستند.
ث – منابع مورد استفاده:
منابعي که براي تدوين اين پايان‌نامه مورد استفاده قرار خواهد گرفت به شرح زير است:
Yashar azizian-kalandaragh & et.al , the influence of post-annealing treatment on the wettability of Ag+/Na+ ion-exchanged soda-lime glasses, Journal, Applied surface Science 270(2013) 604-610
Yuanlie Yu & et.al, Solution-phase synthesis of rose-like CuO. Journal, Materials Letters 63 (2009) 1840-1843.
Julian Morales & et.al, Nanostructuerd CuO thin film electrodes prepared by spray pyrolysis: a sample method for enhancing the electrochemical performance of CuO in Lithium cells. Journal, electrochemical Acta 49 (2004) 4589-4597.
Moumita ghosh & et.al., Solvothermal synthesis of CdO and CuO nonocrystals. Journal, Chemical Physics Letters 393 (2004) 493-497.
Genoveva Buelna & et.al., Preparation of spherical alumina and copper oxide coated alumina sorbents by improved sol-gel granulation process., Microporous and Mesoporous materials 42 (2001) 67-76.
A.E Rakhshani., Preparation, Characterstics and photovoltaic of cuprous oxide- a review., solid state electronics Vol. 29. Pp. 7-17. 1986.
Bansal P. & et.al , “green” Synthesis of CdS nanoparticals and effect of capping agent concentration on crystallite size. Research Journal of chemical science Vol. 2(8). 69-71, August (2012).
و منابع احتمالي ديگر که در طول کار اين پايان‌نامه در مقطعی ممکن است مورد استفاده قرار گرفته شود که در پايان‌نامه به آن اشاره خواهد شد.
ج – وسائل و ابزار مورد نياز براي انجام طرح:
1-منبع تولید کننده ی امواج فراصوت
2-دستگاه اسپکتروسکوپی امواج فراصوت
3- دستگاه اسپکتروسکوپی FTIR
4-میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM
5-دستگاه پراش پرتو ایکس XRD
ز – برنامه زماني طرح : یک سال
ح – مؤسسات آموزشي و پژوهشي
ط – محل اجرا (بخش عملي پروژه) :
دانشگاه محقق اردبیلی
آزمایشگاه تحقیقاتی فیزیک دانشگاه محقق اردبیلی
ي – هزينه‌هاي پيش بيني شده :
خ – محل اجرا (بخش عملي پروژه):

فایل : 6 صفحه

فرمت : Word