بررسی خواص رنگزایی شیمیایی در نانوساختارهای اکسید تنگستن

اکسید تنگستن یک نیمه رسانای نوع n با گاف انرژی پهن است. این اکسید فلزی خواص و کاربردهای بسیاری از جمله خاصیت الکتروکرومیک، فوتوکاتالیست و حسگر گازی دارد. از این بین خواص رنگزایی آن در حضور گاز هیدروژن بسیار مورد توجه می باشد. هیدروژن گازی بدون بو، رنگ و طعم است که مولکول این گاز بسیار سبک بوده و قابلیت نفوذ بالایی دارد. امروزه گاز هیدروژن به عنوان سوخت تمیز در مصارف خانگی، صنعت و خصوصاً بخش حمل و نقل بسیار مورد توجه است. آنچه استفاده از این گاز را مشکل ساز می نماید، قابلیت اشتعال زیاد آن در بازه 4-75% در ترکیب با هوا است. بنابراین آشکارسازی نشت این گاز برای جلوگیری از هرگونه اشتعال در صنعت امری مهم و ضروری است. خواص اپتیکی لایه های نازک اکسید تنگستن در معرض گاز هیدروژن تغییر کرده و ظاهر نسبتاً شفاف آنها به آبی تیره متمایل می گردد. این خاصیت، لایه های اکسید تنگستن را به عنوان حسگر اپتیکی گاز هیدروژن گزینه مناسبی می سازد. در این پژوهش ابتدا سل پروکسوپلی تنگستیک اسید به روش کودو ساخته شد. سپس سل نارنجی شفاف حاصل شده به روش دستگاه چرخان بر سطح زیرلایه شیشه لایه نشانی شد. به منظور بررسی تأثیر دمای بازپخت بر خواص مختلف لایه های بدست آمده، نمونه ها در دماهای 100، 200، 300و ?c 400 به مدت یک ساعت بازپخت شدند. به منظور حساس نمودن سطح لایه به گاز هیدروژن، از کاتالیست پالادیم استفاده شد. به این ترتیب که محلول pdcl2 (g/lit 2/0) به روش احیای هیدروژنی به سطح لایه ها منتقل شد. در یک روش جدید به محض انتقال محلول pdcl2 به سطح، نمونه ها در معرض گاز هیدروژن قرار گرفتند. با این روش نمونه های سل-ژل به شدت و به طور یکنواخت تیره شدند که از بین نمونه های مختلف، نمونه بازپخت شده در دمای ?c 400 پاسخ بهتری به گاز هیدروژن داشت. خواص مختلف ساختاری، شیمیایی، مورفولوژی سطح، اپتیکی و آبدوستی لایه ها مورد بررسی قرار گرفت. طیف پراش پرتو ایکس (xrd) خواص ساختاری نمونه ها را مشخص نمود. مشاهده شد که ژل خشک شده و لایه اکسید تنگستن در ابتدا آمورف بوده و به ترتیب پس از بازپخت در دمای ?c 400 و ?c 500 فاز بلوری مونوکلینیک می یابند. خواص شیمیایی لایه ها از طریق آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه (ftir) مطالعه شد. نتایج این آنالیز نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، پیوندهای مربوط به مولکول های آب و گروه های هیدروکسیل از نمونه حذف خواهد شد، در حالی-که پیک های مربوط به پیوند اکسیژن با فلز تنگستن تغییر نکرده و تنها شدت برخی از آنها افزایش می یابد. مورفولوژی سطح لایه ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این آنالیز نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، کریستال های نانومتری بر سطح لایه ها تشکیل می شود و بنابراین درجه بلوری شدن لایه ها با افزایش دمای بازپخت، افزایش می یابد. خواص آبدوستی لایه ها از طریق دستگاه زاویه سنج مشخص گردید. نتایج نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، زاویه قطره آب با سطح لایه کاهش و در نتیجه آبدوستی لایه ها افزایش می یابد. خواص اپتیکی لایه ها با دستگاه اسپکتروفوتومتر (uv-vis) در محدوده nm 1100-190 اندازه گیری شدند. مشاهده شد که با افزایش دمای بازپخت، عبور لایه ها و همچنین انرژی گاف آنها کاهش می یابد. این امر به چگالش لایه ها و بلوری شدن آنها با افزایش دمای بازپخت نسبت داده شد.