عنوان پایان‌نامه
ساخت لایه های نانومتری دی اکسید تیتانیوم در مقیاس رومیزی (bench)
- دانشجو
- شیوا حیدری
- استاد راهنما
- محمدرضا محمدی زاده
- رشته تحصیلی
- علوم و فناوری نانو - نانو فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67288
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۳
- چکیده
- محدودیت دیاکسیدتیتانیوم (TiO_2) که یکی از پرکاربردترین نیمرساناهاست، گاف انرژی بزرگ آن است. تلاش‌های بسیاری برای کاهش گاف انرژی دیاکسیدتیتانیوم به منظور توانمند ساختن آن در استفاد? بیشتر از طیف مرئی نور خورشید صورت گرفته است. در این پژوهش نشان می‌دهیم که با تابش یون‌های هیدروژن به لای? نازک دیاکسیدتیتانیوم با شار و انرژی مناسب، می‌توان گاف انرژی این ماده را کاهش داد. اساس این روش ایجاد جایگاه‌های خالی اکسیژن و افزودن ناخالصی به ماده است. در این پژوهش آلایش لایه‌های نازک دیاکسیدتیتانیوم ساخته شده با روش افشان? داغ به ضخامت حدود 150 nm به روش تابش یونی در دمای اتاق صورت گرفته است. لایه¬های نازک ساخته شده قبل و بعد از هیدروژن دهی تحت آزمایش طیف سنجی فرابنفش-مرئی قرار گرفتند و بعد از محاسبه گاف انرژی آن‌ها، مشاهده شد که انرژی تابش 2 keV با شار تابشی ?3×10?^15 یون??cm?^2 ، باعث افزایش گاف انرژی و انرژی‌های تابشی 2 keVو 4 keV با شار یونی ?10?^15 یون??cm?^2 ، باعث کاهش گاف انرژی شدند. همچنین در این نمونه‌ها کوچک‌تر شدن انداز? دانه‌ها روی سطح و افزایش سطح مؤثّر با تابش هیدروژن به نمونه‌ها مشاهده می‌شود. در حالی که انرژی تابشی 5 keV و 6 keV با همان جریان یونی ?10?^15 یون??cm?^2 ، باعث افزایش گاف انرژی در نانولایه دیاکسیدتیتانیوم می‌شود. همچنین خاصیت فوتوکاتالیستی و آب‌دوستی نمونه‌های تابش داده شده با انرژی 2 keV و 4 keV با جریان یونی ?10?^15 یون??cm?^2 نسبت به قبل از تابش، بهبود پیدا کرده است در حالی که این دو خاصیت در سایر نمونه‌ها بهینه نیست. همچنین در این پژوهش به دلیل اهمیتی که شیشه‌های خودتمیزشونده و ضدّمه در محیط‌زیست و صنعت دارند، اقدام به ساخت دستگاه لایه‌‌نشانی افشان? داغ در جهت ساخت لایه‌های نانومتری در ابعادی بزرگتر از مقیاس آزمایشگاهی پرداختیم. کلیدواژه: دیاکسیدتیتانیوم، آلایش هیدروژن، افشان? داغ، لای? نازک، فوتوکاتالیستی، آب‌دوستی
- Abstract
- Titanium dioxide (TiO2) is one of the most important semiconductors because of its applications as a photo-catalyst. The main deficiency of TiO2 as a photo-catalyst is the wide band gap. Impurities doping induces substantial modifications in electrical and optical properties of semiconductor materials. In this project, hydrogen irradiation on TiO2 thin film was performed. The films were irradiated at room temperature with different irradiation energy and current beam of hydrogen ions. Optimized Incident energy and fluency of hydrogen ions for band gap narrowing, improving photo-catalytic and hydrophilicity properties of TiO2 thin films were investigated. Samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) for studying surface morphology and UV-Vis absorption spectroscopy for band gap studies. TiO2 thin films were deposited on soda lime glass substrates by a sol-gel and spray pyrolysis method. After coating, samples were irradiated with hydrogen ions in order to investigate the band gap, hydrophilicity and photocatalytic characteristics. Five samples of TiO2 with different irradiation energy of hydrogen ions were prepared. The optimal irradiation energy was found to be 4 keV with fluency of 1015??????/????2. The irradiation of H on TiO2 thin films with energy of 2 keV and 4 keV led to band-gap narrowing of these samples; from 3.22 eV to 2.98 eV and 2.86, respectively. Measurement of the hydrophilicity and photocatalytic properties demonstrated that the sample with irradiation energy of 4keV with the fluency of 1015 ??????/????2was the best in these properties. This is because of smaller band gap and the enhanced light absorption, also increasing the effective surface area. Furthermore, we try to synthesis TiO2 nano thin film larger than samples in lab-scale or in other words, in the bench scale, with the spray pyrolysis method. Kyewords: Titanium dioxide, Hydrogen irradiation, Thin film, Photocatalyst, Hydrophilicity.
