اکسید تیتانیوم یا تیتانیا از کاربردهای بسیار وسیعی برخوردار است و از این رو توجه فوق العاده پژوهشگران و صنعتگران را به خود جلب کرده است. با فراهم شدن امکان ساخت نانو ذرات و نانو لایه های تیتانیا شاهد تغییرات جالبی در خواص فیزیکی و شیمیایی آن هستیم. از طرف دیگر، نیمرسانا های مغناطیسی رقیق نیمرساناهایی هستند که با تزریق موثر اسپین اتم های جانشانی مغناطیسی مانند فلزات واسط دارای خواص مغناطیسی میشوند. اما این مهم باید دارا دو خاصیت اساسی باشد: اول اینکه دارای دمای گذار بالاتر از دمای اتاق باشد و دوم اینکه اسپین ها به طور یکنواخت در ساختار شبکه میزبان نیمرسانا توزیع شده باشند تا اسپین الکترون در عبور از نیمرسانا تغییر نکند. این امر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. گزارشات متعددی در مورد مغناطش دمای اتاق اکسید تیتانیوم وجود دارد اما هنوز مسئله اساسی منشاء مغناطش آن به صورت سوال باقی ماند است. روش های سنتز و ساخت فراوانی مورد آزمایش قرار گرفته اند تا مشکلات ناشی از ناهمگنی فازی و تشکیل خوشه های فلزی را برطرف سازند اما هر کدام دارای معایب و مزیتهای خاص خود هستند. در این کار پژوهشی از روش سل- ژل به عنوان یکی از آسان ترین، موثرترین روش های سنتز نانوذرات استفاده شد. این روش قابلیت کنترل و هدایت واکنش را تا محصول نهایی فراهم می آورد. از روش افشانه- حرارتی نیز به عنوان روشی آسان، مقرون به صرفه برای تهیه لایه های نازک اکسید تیتانیوم با جانشانی های مغناطیسی استفاده شده است. از مهمترین مولفه های این روش کنترل دما و آهنگ لایه نشانی و ترکیب مواد می باشد. در فصل اول به صورت اجمالی به بررسی مسئله نیمرساناهای مغناطیسی رقیق، کاربرد و دلایل اهمیت و پیشرفت آنها می پردازیم. در فصل دوم با بررسی مفاهیم فیزیکی و مدل های نظری مغناطش نیمرساناهای متداول به بررسی مشکلات ساخت آنها پرداخته و در پایان روش های تجربی شناسایی و بررسی خواص آنها که در این پژوهش نیز مورد استفاده قرار گرفته اند معرفی می شوند. در فصل سوم با بررسی برخی از گزارشات علمی مرتبط با موضوع این پژوهش به بررسی نتایج آنها می پردازیم. در فصل چهارم مراحل کارهای تجربی، نتایج آزمایشگاهی و مشخصه یابی نانوذرات و لایه های نازک بیان شده و در پایان به تفسیر نتایج پرداخته می شود.

در این پژوهش ساختارهای اکسید روی به روش کربوترمال در حضور اکسید مس (ii) و بدون حضور آن رشد داده شد. تغییر در ساختار بلوری و بازآرایی فازی، ریخت شناسی سطحی، امکان های نورتابی ساختارهای اکسید روی بدست آمده با در نظر گرفتن اثر پارامترهایی مانند گرادیان دمایی، نوع بستر، فاصله بستر از بوته بررسی شد. در ادامه نتایج در دو بخش ویژگی های ساختاری و اپتیکی آمده است. - ویژگی ساختاری • ظهور فازهای اکسید مس در نمونه های با حضور مقادیر متفاوت پودر اکسید مس (ii) نسبت به نمونه بدون حضور آن در مواد اولیه و افزایش در شدت قله های مربوطه با افزایش میزان مس در دسترس. • افزایش در پارامترهای شبکه محاسبه شده در نمونه های با حضور پودر اکسید مس (ii) نسبت به نمونه بدون حضور آن در مواد اولیه، به علت تفاوت شعاع اتمی مس و روی. • تفاوت در ریخت سطحی نمونه های با حضور مقادیر متفاوت پودر اکسید مس (ii) در مواد اولیه با نمونه بدون حضور آن، به علت تفاوت در مرحله هسته سازی. • تفاوت در ریخت سطحی نمونه ها، با تفاوت نوع بستر، به علت تفاوت ساختار بلوری بسترها. • تفاوت در ریخت سطحی نمونه ها با افزایش فاصله بستر از بوته، به علت تفاوت در چگالی موجود در بستر در هر ناحیه دمایی. • وجود مد فونونی اپتیکی e2، مشخصه نواری فاز شش گوشی ورتزایت اکسید روی در طیف رامان نمونه ها. - ویژگی اپتیکی • کاهش گاف نواری نمونه ها با افزایش حضور پودر اکسید مس (ii) در مواد اولیه. • وجود قله جدیدی در طیف نورتابی نمونه با حضور 1/0 گرم پودر اکسید مس (ii) در مواد اولیه غیرآمیخته نسبت به نمونه بدون حضور آن، به علت اثر حضور ناخالصی مس در نمونه و نقص های ساختاری مرتبط. • حذف قله مربوط به ناحیه مرئی اکسید روی و جابه جایی قرمز که با گسیل لبه باندی اکسید مس همخوانی دارد، به علت مهاجرت مس به سطح و تخریب ساختار اکسید روی در نمونه 15/0 گرم پودر اکسید مس (ii) در مواد اولیه. • تغییر در طیف نورتابی نمونه ها با تفاوت در نوع بستر، به علت تفاوت ساختار بلوری بسترها.

در این کار پژوهشی روش هیدروترمال اصلاح شده ساده برای تهیه نانولوله های دی اکسید تیتانیم پیشنهاد شده است و علاوه بر نانولوله ها، نانوساختارهای متنوعی از جمله: نانوکلم بروکلی شکل، نانوچوب، نانوسیم، نانومیله و نانولوله های شش گوشی نیز تهیه شده است. یکی از اصلاحات مهم انجام شده حذف وابستگی به اتوکلاو به عنوان محیط رشد نانولوله ها می باشد. در غیاب اتوکلاو با استفاده از پودر کپه ای دی اکسید تیتانیم و در حضور فشار موثر گاز خنثی و تولوئن ابتدا پارامترهای روش جدید بهینه شدند. پارامترهای بهینه عبارتند از: اندازه پودر اولیه، دمای هیدروترمال، زمان هیدروترمال و نسبت مولی سدیم هیدروکسید به پودر اولیه. در مرحله بعد ابتدا پودر اولیه به جای پودر بالک با استفاده از یک روش جدید تهیه شد و سپس برای انجام عملیات هیدروترمال به کار گرفته شدند. نتایج پایانی نشان دهنده ی تولید نانولوله های دی اکسید تیتانیم با ضخامت دیواره ی 5-3 نانومتر و قطر 50-40 نانومتر و طول 300 نانومتر تا 1 میکرومتر می باشد.

در این کار پژوهشی نانو ساختارهای متنوع اکسید تیتانیوم شامل نانولوله ، نانو چوب، نانوسیم،نانو صفحه، نانو میله و نانو ذرات هسته – پوسته ag@tio2 تهیه و خواص ساختاری و اپتیکی آنها بررسی شده است. نتایج مطالعات نشان دادند که با یک روش اصلاح شده هیدروترمال و بدون استفاده از دستگاه اتوکلاو می توان نانو صفحات و نانو لوله های اکسید تیتانیوم را به آسانی با کیفیت بالا تهیه کرد. نانو ورقه ها دارای ابعاد بزرگتر از m × 1µmµ 1 و ضخامت متوسط 50 -30 نانومتر هستند.نانو لوله های اکسید تیتانیوم با ضخامت کم دیواره 5 -3 نانومتر ، قطر 50 -30 نانومتر وطول چند میکرومتر تهیه شدند. سلول های خورشیدی تهیه شده از نانولوله ها بهبود انتقال الکترون را نسبت به نانو ذرات نشان میدهد. همچنین نانو ساختارهای هسته –پوسته ag@tio2 نیز با یک روش مایکروویو مستقیم تهیه شدند.نانو ذرات نقره با پوشش اولئیل آمین در محیط آبی سنتز شده و پس از آن برای پوشش دهی با اکسید تیتانیوم به طور مسقیم استفاده شد. نتایج نشان داد که نانو ذرات نقره با اندازه متوسط 20 -15 نانومتر و پیک جذب در طول موج 407 نانومتر سنتز شده اند. نانو ذرات هسته – پوسته ag@tio2 با اندازه ضخامت پوسته 25 نانومتر و ضخامت هسته 100 – 50 نانومتر دارای پیک جذب اپتیکی در 430 نانومتر می باشد که نشان دهنده پوشش دهی نانو ذرات نقره با نانو لایه اکسید تیتانیوم می باشد.

اکسید روی نیمرسانایی با گاف نواری پهن است . با توجه به نداشتن هیچ گونه آلودگی زیست محیطی و سهولت سنتز این اکسید نیمرسانا در اندازه های گوناگون، ماده ای مناسب برای کاربرهای مختلف خواهد بود. نانوذرات اکسید روی آلاییده شده با ناخالصی مس با درصد های مولی (%0-3) از ناخالصی مس با استفاده از روش ساده رسوب دهی شیمیایی سنتز گردید. استات روی دوآبه، استات مس و پلی وینیل پیرولیدون به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از سدیم هیدروکسید به عنوان کاهنده استفاده شد. به علاوه تاثیر تغییر دما، تغییر حلال و تغییر کاهنده بر ویژگیهای نانوذرات حاصل مورد بررسی قرار گرفت. ساختار، دانه بندی و ریخت سطحی نانوذرات اکسید روی آلاییده شده با مس به وسیله آنالیز پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد بررسی قرار گرفت. نقایص بلوری نانوذرات حاصل با استفاده از طیف جذبی و نورتابی مورد بررسی قرار گرفت. ناخالصی مس ساختار هگزاگونال ورتزایت نانوذرات اکسید روی را تغییر نداده است. میانگین اندازه نانوذرات حدو 10 نانومتر بدست آمد. نمونه 0/01 درصد از ناخالصی مس بیشترین میزان شدت نورتابی را داراست. همچنین گاف نواری نانوذرات، به دلیل اثرات محدود کننده کوانتومی 3/93 الکترونولت بدست آمد. روش فوق، روشی ساده، سریع، کم هزینه و دوست دار محیط زیست است.

در این پژوهش از روش مایکرویو برای سنتز نانوذرات ag@sio2 استفاده شد که روشی بسیار آسان، کم هزینه و سریع است. نمونه ها به دو روش یک و دو مرحله ای سنتز شدند.

نانوذرات نیم رسانا دارای ویژگی های نوری منحصر بفردی هستند که به شدت به اندازه شان وابسته است. سلنید روی از جمله این نانو بلورهای نیم رسانا است که ضمن غیرسمی بودن مواد اولیه، به علت قابلیت تنظیم اندازه و پهنای گاف انرژی آن، گستره ی نورتابی آن از طول موج های فرابنفش و آبی تا نزدیک طول موج های قرمز تغییر می کند. در این پژوهش ساخت نانوذرات znse با استفاده از روش های آبی و تابش امواج ماکروویو صورت گرفته است. در روش آبی، با استفاده از سدیم بوروهیدرید برای حل کردن پودر سلنیوم در آب دو بار یونیزه، منبع یون سلنیوم تهیه شده است. این محلول به محلول استات روی به عنوان منبع یون روی در حضور تیوگلیکولیک اسید به عنوان عامل پوششی، تزریق شده است. رشد نانوبلورها طی تابش امواج ماکروویو با توان 720 وات و مدت زمان های متفاوت تابش انجام شده است.علاوه بر مشاهده اثر زمان تابش امواج ماکروویو، تاثیر ناخالص سازی ساختار بلور نانوذرات نیم رسانا به وسیله ی آلاییدن با یون های مس، بررسی شده است. روش ارائه شده بسیار سریع، کارا، کم هزینه، ایمن و دوست دار محیط زیست برای تولید نقاط کوانتومی خالص و آلاییده ی znse است.