عنوان پایان‌نامه
سنتز فیلم نانو ساختار اکسید مس - روی با روش آندایزینگ
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-استخراج فلزات
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1157;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66225
- تاریخ دفاع
- ۳۰ فروردین ۱۳۹۳
- دانشجو
- مریم دزفولیان
- استاد راهنما
- فرشته رشچی
- چکیده
- امروزه اکسیدهای فلزی نیمه هادی کاربردهای فراوانی در دستگاه های نوری، الکتریکی و مغناطیسی دارند. در بین این اکسیدها، اکسید مس و اکسید روی به دلیل ارزان، در دسترس و غیرسمی بودن بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. حضور این دو اکسید به طور همزمان در سلول های خورشیدی، دیودها و ترانزیستورها کاربرد دارد. سنتز لایه های نانوساختار این دو اکسید به طور همزمان، با استفاده از روش های متنوعی از جمله رسوب دهی شیمیایی فاز بخار، رسوب دهی فیزیکی فاز بخار، اسپری پیرولیز، سل ژل، لایه نشانی چرخشی ورسوب گذاری الکتروشیمیایی گزارش شده است . همچنین، مطالعات فراوانی برروی سنتز هر یک از اکسیدهای روی و مس به طور جداگانه به روش اکسیداسیون آندی (آندایزینگ)، انجام شده است. روش آندایزینگ روشی است که در آن از میدان الکتریکی خارجی جهت تشکیل فیلم اکسیدی بر سطح فلز مورد نظر که به عنوان آند قرار گرفته، استفاده می شود. در این پژوهش، سنتز فیلم اکسید مس و اکسید روی بر روی سطح آندی از جنس فویل برنج (Zn35%-Cu65%) توسط آندایزینگ در محیط بازی با حضور کاتدی از جنس فولاد زنگ نزن انجام شد. پارامترهای مورد بررسی شامل ترکیب حمام (نوع الکترولیت شامل سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید ، غلظت الکترولیت در بازه ی 05/0 تا 3/0 مولار و اثر افزودنی)، ولتاژ اعمالی (3 الی 24 ولت) و زمان انجام فرآیند (بازه ی 15 الی 120دقیقه) بوده است. فیلم سنتز شده توسط آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی میدانی (FESEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)، طیف سنجی بازتابی نفوذی (DRS) والگوی پراش پرتوایکس(XRD) مشخصه یابی شد. تصاویر FESEM نشان دهنده ی مورفولوژی سطحی فیلم های سنتز شده بوده و نتایجEDS نشان داد که افزایش ولتاژ، غلظت و زمان به طور عمده سبب افزایش میزان اکسید موجود در فیلم سنتز شده می شود از آنالیز DRS انجام شده بر روی دو فیلم سنتز شده در دو الکترولیت متفاوت، دو باند انرژی در محدوده یeV 5/1-4/1 که مربوط به CuO بوده و دو باند انرژی در محدوده یeV 4/3-2/3 که مربوط به ZnO می باشد اندازه گیری شد. الگوی پراش الکترونی نشان دهنده ی حضور اکسیدهای مس دوظرفیتی و اکسید روی در فیلم های سنتز شده می باشد. مکانیزم احتمالی اکسیداسیون با توجه به ترمودینامیک سیستم (دیاگرام¬های Eh-pH) و پتانسیل-های احیایی روی و مس پیشنهاد شد.
- Abstract
- Nowadays, metal oxide semiconductors have a broad range of functional properties and high potential in optical, electrical and magnetic devices. Among these oxides, copper and zinc oxide are attractive since they are inexpensive, abundant and nontoxic. These two oxides have been used simultaneously in solar cells, diods and transistors. Previous studies paid more attention to the fabrication of these two oxides together by different costly or time consuming methods such as vapor deposition (CVD and PVD), spray pyrolysis, sol gel, spin coating and electro deposition. Although, there is no previous study on the preparation and characterization of these two oxides simultaneously, by anodization, there are several researches that have studied the synthesis of copper oxide and zinc oxide separately. Anodization is a simple and rapid method for synthesizing different metal oxides on the surface of metal by using an external electric field in an electrolyte. In this study, synthesis of copper and zinc oxide thin films on the surface of brass (65% Cu- 35% Zn) by anodizing in an alkaline media with a stainless steel cathode has been investigated. Also, effects of different electrochemical parameters on its oxidizing process such as type of electrolyte, additive, voltage and anodizing time were studied. The formed films were studied by FESEM, EDS, DRS and XRD. FESEM provided morphology of the films; EDS results confirmed that increasing in voltage, concentration and anodizing time increased the oxides on the anode surface. Results of DRS analysis in two synthesized film illustrated two band gaps that belong to copper oxide (CuO) and zinc oxide (ZnO). XRD also confirmed the presence of copper oxide and zinc oxide in the films. According to thermodynamic of the system (Eh-pH diagram) and reduction potential of copper and zinc, a simple mechanism for the formation of such thin film was proposed.
