ساخت و مشخصه یابی لایه های نانوساختار رنگ-سنتز شده tio2 به روش سل-ژل با استفاده از رنگ دانه های سیانیدین توت سیاه

در این تحقیق لایه های نانوساختار دی اکسیدتیتانیوم برروی زیرلایه شیشه به روش لایه نشانی غوطه وری سل-ژل تهیه گردید. این روش به دلیل سادگی، عدم نیاز به تجهیزات پیچیده لایه نشانی، انجام فرایند در شرایط متعارفی و ارزان بودن نسبت به سایر روش های موجود برای ساخت لایه های نازک، مناسب تر می باشد. نتایج طیف پراش اشعه ایکس حاکی از تشکیل فاز آناتاز دی اکسیدتیتانیوم در نانوپودر tio2 بود و اندازه ریزبلورک های آناتاز، nm38/13 محاسبه شد. لایه های نانوساختار تهیه شده تحت تأثیر عوامل مختلف مانند تغییر تعداد دفعات لایه نشانی و تغییر سرعت لایه-نشانی، با استفاده از دستگاه sem مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتند. مطابق تصاویر sem مشخص شد سطح لایه در تمام نمونه ها از سطحی صاف و یکدست برخوردار می باشد و دانه ها به طور یکنواخت کنار هم قرار گرفته اند و در همه نمونه ها نانوساختار بودن لایه ها تأیید گردید. با توجه به آنالیز sem، با افزایش تعداد دفعات لایه نشانی، اندازه میانگین دانه ها به دلیل درهم رفتگی دانه ها و محو شدن مرزدانه ها، کاهش یافته و سطح نمونه ها هموارتر و یکنواخت تر گشته است. اطلاعات sem همچنین حاکی از تأثیر تغییر سرعت لایه نشانی برروی اندازه دانه ها و شکل ظاهری لایه ها می-باشد. افزایش سرعت غوطه وری موجب درهم رفتگی بیشتر دانه ها گشته و در نتیجه اندازه میانگین دانه ها کاهش یافته است و سطح هموارتر ویکنواخت تر شده است. به جهت بررسی فرایند حساس سازی لایه های نانوساختار tio2 با استفاده از رنگ دانه های سیانیدین موجود در توت سیاه، از دستگاه های طیف سنجft-ir و uv-vis استفاده شده است. نتایج حاصل از طیفir موید پیوندهای tio2 در زیروژل tio2- سیانیدین می باشد، ضمن این که نوار طول موج cm-13745 موید حضور رنگ در این ماده می باشد، که تأیید کننده برهم کنش بین نیم رسانا و رنگ می باشد. با توجه به طیف جذبی uv-vis، مشاهده می شود که بیشینه جذب در این لایه ها به دلیل جذب مولکول های رنگی(سیانیدین) به سطح لایه های نانوساختار tio2 به طول موج nm595 رسیده است. بنابراین طبق انتظاری که می رفت، مقدار گاف انرژی محاسبه شده برای این لایه ها به ev1/2= e کاهش یافته است. به این ترتیب با استفاده از رنگ دانه های طبیعی توت سیاه به آسانی و با حداقل روش های شیمیایی موفق به ساخت لایه های نانوساختار tio2 با یکنواختی بالایی شدیم که قادر به جذب نور در ناحیه مرئی می باشند و می توانند در ساخت سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. در پایان به ساخت و بررسی نانوپودر آناتاز tio2، آلاییده شده با فلز انتقالی منگنز به روش سل-ژل و با غلظت های مختلف mn،0%، 2/0% ، 1% و 5% پرداخته شد. نتایج حاصل از طیف پراش اشعه ایکس در تمام نمونه ها موید حضور فاز آناتاز به عنوان فاز غالب موجود در سیستم می باشد، ضمن این که هیچ گونه قله اضافی در کنار این فاز مشاهده نشده است. افزایش غلظت ماده افزودنی موجب کاهش اندازه دانه ها و بهم ریختگی نظم ساختاری در نمونه ها گشته است، ضمن این که قله های آناتاز نیز به سمت کاهش مقدار ?2 تغییر مکان داده اند. با توجه به مقادیر گزارش شده، ثابت های شبکه a=b در تمام نمونه ها تغییرات ناچیز داشته است در حالی که ثابت شبکه c در تمام نمونه ها با افزایش غلظت ماده افزودنی کاهش یافته است. تمام این نتایج را می توان چنین تفسیر کرد، احتمالاً کاتیون mn4+ با شعاع یونی(?670/0) جانشین ti4+ با شعاع یونی(?745/0) در شبکه tio2شده است، در نتیجه کاهش ثابت شبکه c در شبکه tio2 آلاییده شده با mn و هچنین کاهش اندازه دانه ها و جابه جایی مقدار ?2 به دلیل این جانشانی می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی دقیق تر از نرم افزار xpert highscore plus نیز استفاده شده است، که تمام نتایج به دست آمده را تأیید می کند. نمونه های نانوپودر tio2 آلاییده شده با mn، به جهت بررسی ریزساختاری تحت آنالیز sem قرار گرفتند. مطابق تصاویر sem غلظت ماده افزودنی بر اندازه دانه ها تأثیر گذاشته است و نتایج حاکی از کاهش اندازه دانه ها با افزایش غلظت ماده افزودنی می باشد. به منظور بررسی رفتار مغناطیسی نمونه ها از آنالیز vsm استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در غلظت های کم، نمونه ها رفتار مغناطیسی قابل قبولی از خود نشان نداده اند، در حالی که با افزایش غلظت ماده افزودنی به 5%، نمونه بیانگر نظم پارامغناطیس در دمای اتاق می باشد. پارامغناطیس مشاهده شده احتمالاً به دلیل جانشانی یون mn در شبکه tio2 می باشد، به همین دلیل در غلظت های ناچیز mn، نمونه ها قادر به ایجاد نظم مغناطیسی نبوده اند.