نیمرسانای های نیتروژندار بویژه نانو ساختارهای آنها دارای کاربرد های وسیعی در قطعات اپتیکی و اپتوالکترونیکی درمحدود طول موج های مادون قرمز تا ماوراء بنفش می باشند و بررسی بازترکیب حاملها بویژه بازترکیبات اکسیتونی در این نیمرساناها برای بالا بردن بازده نوری قطعات اپتیکی دارای اهمیت می باشد. وجود افت و خیزهای پتانسیل در لبه گاف نواری ناشی از عوامل مختلفی مثل ناهمواریهای فصل مشترک چاه و سد و همینطور عدم توزیع یکنواخت نیتروژن در چاه های کوانتومی نیمرسانای نیتروژندار باعث جایگزیدگی اکسیتونها می گردد که این مسئله موجب افزایش بازترکیب های تابشی بدلیل کاهش پراکندگی اکسیتونها از نقایص شبکه و ناخالصی ها می گردد. جایگزیدگی اکسیتونها باعث ایجاد رفتار دمائی غیر عادی در قله ، پهنا و سطح زیر منحنی طیف فتولومینسانس می شود. از طرفی جایگزیدگی اکسیتونها تحت تاثیر میزان آلایش سیلیکونی در ناحیه سد ساختار کوانتومی، عملیات حرارتی نمونه ها و همینطور شدت توان لیزر فرودی قرار دارد. در این رساله کلیه این رفتار ها و همینطور تاثیرات عوامل مذکور روی جایگزیدگی اکسیتونها به کمک مدل باز توزیع حرارتی حاملها یا مدل آنسامبل حالات جایگزیده (lse) بخوبی توضیح داده شده است. محاسبه جرم موثر حاملها بویژه اکسیتونها یکی از دغدغه های محققین محسوب می شود و روشهای متعدد تجربی و نظری برای بدست آوردن آن وجود دارد. در این رساله با کمک پهنای طیف فتولومینسانس ، جرم کاهش یافته اکسیتون در نیمرسانای in0.36gan0.0059as/gaas (m0 0/16) و همچنین از روی تغییرات قله طیف گسیلی نسبت به میدان مغناطیسی ، جرم موثر حفره (m0 0/074) در نیمرسانای مذکور در در دمای k2 محاسبه شدند که توافق خوبی با کارهای دیگران دارد. امروزه سنتز نیمرسانای نیتروژندار بخصوص نانوساختارهای آنها دارای اهمیت می باشد و روشهای متنوعی برای آنها وجود دارد که در این رساله با روش نیتریداسیون مستقیم پودر فلز آلومینیم با کمک کوره الکتریکی نانو ذرات نیترید آلومینیم(aln) سنتز شد و تصاویر sem و طیف xrd آنها مورد بررسی قرار گرفت. گسیل اپتیکی نانو ذرات aln بویژه در دمای اتاق در ناحیه آبی طیف مرئی پر شدتی را نشان می دهد که موید این نظرات است که نانو ساختارهای aln می توانند به عنوان یک ماده کلیدی در قطعات اپتوالکترونیکی از قبیل دیودهای لیزری و نوری بکار گرفته شوند.

امروزه با توجه به انتشار و پخش گازهای خطرناک، کنترل و ایمن سازی محیط از وجود این-گونه گازها اهمیت ویژه¬ای یافته است؛ برای این منظور حسگرهای گازی اکسید فلزی مورد استفاده قرار می¬گیرند. از مزایای این حسگرها می توان به حساسیت بالا، طراحی ساده، وزن و هزینه نسبتاً پایین اشاره نمود. مشخصه¬های اصلی حسگرها از جمله حساسیت و گزینندگی به¬طور اجتناب ناپذیری تحت تاثیر انتخاب ماده¬ی کار است. در این پروژه دو اکسید فلزی پرکاربرد در زمینه حسگری انتخاب و مورد بررسی قرار گرفتند. نانوسیم¬های اکسید قلع به روش رسوب بخار شیمیایی و نانوساختارهای اکسید آهن به روش انباشت بخار فیزیکی به طور مطلوبی رشد پیدا کردند. نمونه¬ها با استفاده از دستگاه¬های میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem) و پراش پرتو ایکس (xrd) مشخصه یابی شدند. طیف xrd نمونه¬ها حاکی از تشکیل ساختار روتایل اکسید قلع و ساختار لوزی الوجه با جهت ترجیحی (113) اکسید آهن بود. خواص حسگری نمونه¬ها نسبت به گاز¬های متان، اتانول و گاز lpg بررسی شد که در ابتدا دمای کار هر یک از حسگرها تعیین و سپس در غلظت¬های مختلف این سه گاز پاسخ¬ها بررسی شدند. حسگرها حساسیت خوبی نسبت به این سه گاز نشان دادند. در این تحقیق برای افزایش حساسیت و رسیدن به گزینش¬گری از کاتالیزور نیکل (ni) استفاده شد و با استفاده از روش اسپری پایرولیزیز یک لایه nio روی نمونه¬های sno2 و fe2o3 قرار گرفت. مشاهده شد حساسیت حسگرها از 57% تا 90% افزایش یافت و گزینندگی خوبی نسبت به اتانول بدست آمد. در پایان برخی پیشنهادات برای کارهای آینده ذکر شده است.

نانو ساختارهای بر پایه کربن امروزه به دلیل روش های ساده و گاها ارزان تولید، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از انواع این نانو ساختارها که در سال های اخیر حجم گسترده ای از تحقیقات را در سرتاسر جهان به خود اختصاص داده است، گرافین می باشد. گرافین با ساختار sp2، خواص بسیار جالبی از خود نشان می دهد که آن را برای استفاده در سطح گسترده ای از کاربردها مناسب کرده است. در این پایان نامه نانو صفحات گرافینی با استفاده از روش شیمیایی هامرز تولید شدند. برای اطمینان از تشکیل این نانو ساختارها، آنالیزهای xrd، sem، raman و om مورد استفاده قرار گرفتند. به منظور بررسی یکی از خواص الکتریکی نانو ساختارهای کربنی، پس از مراحل متعدد و ارزیابی های مختلف در مورد نوع زیر لایه و نیز روش لایه نشانی، قطعات حسگری بر پایه صفحات گرافینی ساخته شد و حساسیت آن ها نسبت به گاز آمونیاک، بخار اتانول، بخار استون مورد سنجش قرار گرفت. در یک مورد کاربری صنعتی، حسگر بر پایه گرافین سنتز شده، به گاز اتیلن متساعد از میوه جات در دمای اتاق واکنش مناسب و قابل ثبتی از خود نشان داد که این موضوع می تواند کمک موثری در تجاری سازی نتایج حاصل از این تحقیقات را به دنبال داشته باشد. در یک کاربرد دیگر، نانو صفحات گرافینی در ترکیب دوگانه آن با اکسید روی جهت آشکارسازی نور فرابنفش مورد آزمایش قرار گرفت. آنالیز نمونه های ساخته شده کیفیت صفحات تشکیل شده را تایید کردند و بررسی کاربردهای ذکر شده نیز قابلیت های ویژه نانو ساختارهای بر پایه گرافین را در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی آشکار می کند.

در این پایان نامه روش¬های مختلفی برای تولید نانوذرات فلزی با قابلیت کنترل فرایند و آهنگ سنتز آن¬ها مورد مطالعه قرار گرفته است. دو روش کلی شیمیایی و آسیاب کاری مکانیکی برای تولید نانوذرات فلزی از قبیل مس، روی، آهن، منیزیم و منگنز مورد استفاده قرار گرفت. در روش شیمیایی که با استفاده از کاهش نمک سولفات مس پنج آبه با عامل کاهنده گلوکز با نسبت های مولی مختلف صورت گرفت، نانوذرات فلزی به صورت کلوئیدی سنتز شد. طیف سنجی uv-visible نمونه ها دقایقی پس از اتمام واکنش، نشان دهنده سنتز موفق نانوذرات مس بود. بهترین نتیجه زمانی حاصل شد که نسبت مولی گلوکز به سولفات مس، 1000 به 1 بود. از مهم ترین مزایای این روش تولید، می توان به قابلیت افزایش مقیاس تولید نانوذرات با ثابت نگه داشتن نسبت ها اما با افزایش مواد اولیه مورد استفاده به مقدار دلخواه اشاره کرد. ولی نانوذرات سنتز شده به این روش دارای پایداری کمی بوده و به سرعت بر روی هم انباشته شده و از بین می رود. برای حل این مشکل، اثر محیط های مختلف بر روی پایداری نانوذرات مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که از میان نمونه های مختلف، نمونه ای که برای جلوگیری از تابش طول موج¬های تشدیدی در محیطی تاریک نگه داری می شد، بیشترین پایداری را داشت. در روش آسیاب کاری مکانیکی، از یک دستگاه سیاره ای پر انرژی برای سنتز نانوذرات استفاده شد. اثر عامل های مختلفی از قبیل سرعت آسیاب کاری، زمان آسیاب کاری، وزن گلوله ها و پودر در داخل قندانی، اتمسفر داخل قندانی، عامل کنترل فرآیند، جنس قندانی، اندازه و توزیع اندازه گلوله ها و... بررسی شد. اثر عوامل اشاره شده بر نتیجه به دست آمده به صورت زیر می باشد: - درحالی که نانوذرات روی با سرعت آسیاب کاری 560/180 دور بر دقیقه در قندانی فلزی با اندازه متوسط 40 نانومتر سنتز شد، با افزایش سرعت آسیاب کاری و تغییر جنس قندانی به تفلون، نانوورقه ها و ساختارهای درهم پیچیده دو بعدی به دست آمد. - افزایش زمان آسیاب کاری فلز روی از 5/4 ساعت به 8 ساعت، باعث افزایش اندازه نانوذرات شده است که احتمالا به دلیل جوش سرد مابین نانوذرات سنتز شده می باشد. - افزایش وزن گلوله ها و بنابراین افزایش وزن پودر، اثر نامطلوبی بر تشکیل نانوذرات می گذارد که به دلیل پر شدن بیش از حد مجاز محیط داخل قندانی و جلوگیری از انجام برخورد های پر انرژی در داخل آن می باشد. - استفاده از اتمسفرهای آرگون و خلا در داخل قندانی باعث جلوگیری از تشکیل فازهای اکسید در تولید نانوذرات فلزی مس، روی، آهن، منیزیوم و منگنز شد. - اثر عامل کنترل فرآیند به عنوان عاملی برای جلوگیری از انجام پدیده جوش سرد، به تنهایی و با ثابت نگه داشتن بقیه شرایط آزمایش در سنتز نانوذرات مس، روی و منیزیوم بررسی شد، نتایج نشان می دهد که در مورد مس، اندازه نانوذرات سنتز شده کوچک تر از حالتی است که در آن از عامل کنترل فرآیند استفاده نشده است.

حسگر های گازی دستگاهایی هستند که می توانند غلظت یک گاز بخصوص را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کنند.اکسید قلع(sno2) و اکسید روی(zno) جزء مهمترین موادی هستند که به عنوان حسگر های گاز ی مورد استفاده قرار می گیرند. در سال¬های اخیر، حجم وسیعی از تحقیقات بر روی حسگرهای گازی نانومقیاس انجام شده¬است. کاهش اندازه¬ی حسگرهای sno2 و zno در ابعاد نانومتر، عملکرد حسگری آن¬ها را در قیاس با حسگرهای میکرومتری به¬طور قابل توجه¬ای افزایش داده¬است. یکی از دلایل برتری این حسگر ها شکل نانو ساختاری آن ها می باشد که نسبت سطح به حجم بالایی نسبت به دیگر مواد دارند. در این پروژه حسگر صنعتی قابل حمل با پایه ی نانو ساختار که منبع تغذیه این حسگر باطری های حداکثر تا 12 ولت بوده و در محیط گازی تست شده است. در نمونه های حسگری (قبل از سنتز نانو ساختار) یک قطعه فیلامان داغ در ساختار سرامیکی حاوی مولایت(آلومینا al2o3 ) تعبیه شده تا مانع از تماس مستقیم ناحیه ی حرارتی با گاز شود. سپس نانو میله¬ها و نانو سیم¬های sno2 و zno به عنوان ماده حسگری به روش رسوبدهی بخار شیمیایی (cvd) در یک کوره الکتریکی افقی دو ناحیه¬ای رشد داده شد وبرای سنتز از گاز فعال صنعتی استفاده شده تا هزینه و صنعتی بودن پروژه مدنظر قرار گرفته شود. نانوساختارهای یک بعدی سنتز شده به وسیله¬ی پراش پرتو x، میکروسکوپ روبشی الکترونی و طیف فوتولومینسانس مشخصه¬یابی شدند. عملکرد حسگری نانوساختارهای sno2 سنتز شده برای گاز مایع بررسی شد. اما در مورد نانو ساختار های zno بر روی زیر لایه ی آلومینا از ماندگاری خوبی برخوردار نبوده و برای تست های حسگری نمی توان از آن ها استفاده کرد. نانوساختار های sno2 حساسیت و گزینش بسیار خوبی به گاز مایع نشان دادند. در دماهای بالا، حسگرگازی نسبت به غلظت¬های بسیار کم گاز lpg بسیار حساس بود. بنابر این وابستگی حساسیت به ابعاد نانوسیم-ها، نانوسیم¬های sno2 با قطر کمتر و چگال¬تر، به عنوان گزینه¬ی برتر برای حسگر گازی در نظر گرفته شد.

امروزه بیشتر از هفتاد درصد انرژی مصرفی جهان، از سوخت های فسیلی تأمین می شود. این سوخت ها نه تنها باعث تولید مقادیر زیادی از آلودگی می شوند، بلکه تا 50 سال آینده نیز به اتمام خواهند رسید. بنابراین ما به گسترش منابع انرژی تجدید پذیر، از قبیل انرژی خورشید، نیازمندیم. انرژی خورشیدی یکی از کاندید های انرژی پایدار و پاک می باشد. سلول های خورشیدی قطعات نیمرسانایی هستند که مستقیماً انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در حال حاضر، سلول های خورشیدی معدنی به صورت صنعتی و با بازدهی بالا تولید می گردند، اما هزینه تولید آن ها بسیار بالاست. بنابراین در دو دهه اخیر انواع جدید مواد از قبیل نیمرساناهای آلی توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. هزینه تولید پایین، انعطاف پذیری، وزن پایین و امکان ساخت در مساحت بزرگ از جمله مزایای سلولهای خورشیدی آلی می باشد. از اینرو ما در این تحقیق، فیزیک و خواص نیمرساناهای آلی را به منظور استفاده در سلول های خورشیدی مورد مطالعه قرار داده ایم. در این پایان نامه چند نمونه سلول خورشیدی آلی دولایه ای متشکل از فتالوسیانین مس (cupc)، به عنوان پذیرنده حفره، و فولرین (c60)، به عنوان پذیرنده الکترون، با ساختار های ناهمگون ito/cupc(20nm)/c60(40nm)/al(80nm) و ito/cupc(20nm)/c60(40nm)/bcp(8nm)/al(80nm) با استفاده از روش تبخیر حرارتی در خلاء بالا، ساخته شدند. نمودار های جریان- ولتاژ سلول ها با استفاده از شبیه ساز خورشیدی تحت تابش استاندارد am1.5 اندازه گیری شد. با استفاده از bcp به عنوان یک لایه سد کننده اکسیتون (ebl) در فصل مشترک ماده آلی/ فلز، چگالی جریان مدار کوتاه سلول افزایش و در نتیجه عملکرد سلول بهبود یافت. در نهایت، طیف جذب لایه های نازک به کار رفته در سلول ها و همچنین طیف جذب خود سلول اندازه گیری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. مشاهده کردیم که در سیستم های دو لایه ای cupc/c60 ، در تمام محدوده طیف مرئی، cupc و c60 دارای طیف های جذب مکمل می باشند. همچنین دریافتیم که با افزایش ضخامت لایه و خلوص ماده، مقدار جذب افزایش می یابد. با استفاده از پراش پرتوی x ، ساختار لایه ها مورد بررسی قرار گرفت.