مناقشة رسالة طالب الماجستير نبيل خليل حسين من قسم علوم الفيزياء

ناقش قسم علوم الفيزياء في كلية العلوم بجامعة ديالى رسالة طالب الماجستير نبيل خليل حسين الموسومة دراسة تأثير ظروف تحضير على الخصائص التركيبية والبصرية والكهربائيةلاغشية اوكسيد النحاس المحضر بطريقة المحلول الهلامي (Sol-Gel) وعلى قاعة المناقشات في قسم علوم الفيزياء.

تضمنت الدراسة ترسيب أغشية اكسيد النحاس (CuO) الرقيقة غير المطعمة الملدنة بدرجات حرارة  , (425, 475, 525 and 575والمطعمة ثنائيا بالكادميوم (Cd) والكوبلت (Co) بنسب وزنية متساوية [(1+1),(3+3),(5+5), and (7+7) wt%] والمحضرة بتقنية الطلاء البرمي للمحلول الهلامي على قواعد زجاجية. وتم دراسة الخواص التركيبية والمورفولوجيا والبصرية والكهربائية باستخدام حيود الاشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح الباعث للمجال (FESEM) والتحليل الطيفي المشتت للطاقة (EDS) ومجهر القوة الذرية (AFM) ومطيافية الاشعة المرئية والفوق البنفسجية (UV–Vis spectroscopy) وتأثير هول (Hall effect). كذلك تمت دراسة التحسس الغازي للعينات  الغير مشوبة والمشوبة.

أظهرت نتائج أنماط حيود الاشعة السينية (XRD) أن جميع الأغشية المحضرة متعددة التبلور (Polycrystalline) بطبيعتها وبتركيب من النوع احادي الميل (Monoclinic) وبالاتجاه السائد والمفضل للنمو (002) و (111) ولا يوجد تغيير للاتجاه السائد بارتفاع درجة حرارة التلدين أو تغير نسب التطعيم الثنائي، إِذ أن ارتفاع درجة حرارة التلدين وكذلك التطعيم الثنائي بالكادميوم والكوبلت بنسب (1+1) و(3+3) يؤدي إلى زيادة في شدة القمة لنمط حيود الاشعة السينية مع زيادة قيمة حجم البلوريات يرافقها نقص في قيم كل من الانفعال المايكروي وكثافة الانخلاعات وعدد البلوريات مقارنة بأغشية CuO غير المطعمة والملدنة بدرجة حرارة واطئة، اما التطعيم بنسب (5+5) و (7+7) لوحظ تناقص بالحجم البلوري .

تم التأكد من وجود التراكيب النانوية للأغشية الرقيقة المحضرة من خلال التقنيات(XRD, FE-SEM, and AFM)،  إذ أظهرت نتائج قياسات مجهر القوة الذرية (AFM) تأثرا واضحا في قيم كل من حجم الحبيبات وخشونة السطح والجذر التربيعي لمربع متوسط الخشونة بتغير درجة حرارة التلدين ونسب التطعيم للأغشية المحضرة. أما صور FE-SEM فأظهرت النمو الجيد وشبه المنتظم لأغشية CuO غير المطعمة، إذ تمتلك تركيبا شبه كروي عند درجات حرارة التلدين(425, and 475 ثم تصبح أشكالا تشبه الأزهار النانوية عند درجات الحرارة العالية يصاحبها ظهور فراغات وزيادة في الحجم الحبيبي واتخاذ الحبيبات اشكال تشبه الصخور عند تطعيم الغشاء بالكادميوم والكوبلت واتخاذ الحبيبات اشكالا تشبه الأحجار الصخرية الصغيرة (Rock Stones) و القرنبيط النانوي (Caulis-Flower) للأغشية المطعمة ثنائيا مع اختلاف في قيم حجم الحبيبات، كما بينت صور المقطع العرضي (Cross Sectional FE-SEM) تأثر سمك الأغشية بعمليتي التلدين والتطعيم. وتم التحقق من العناصر المكونة للأغشية (Cd, Co, Cu, and O) بواسطة التحليل الطيفي المشتت للطاقة (EDS).

تم دراسة الخصائص البصرية من خلال تسجيل طيفي الامتصاصية والنفاذية ضمن مدى الاطوال الموجية (300-1100nm)، إذ بينت النتائج نقصان امتصاصية الأغشية للضوء الساقط مع زيادة في قيم النفاذية بزيادة الطول الموجي .و لوحظ أنها تسلك سلوكاً متقارباً في درجات حرارة التلدين(425℃ and 475℃) من ثم تزداد الامتصاصية عند ℃525 لتقل بعدها عند ℃575  بارتفاع درجات حرارة التلدين. اما عند تطعيم اغشية CuO بالكادميوم والكوبلت كانت افضل  امتصاصية لأغشية CuO غير المطعمة وتقل الى اقل قيمة عند نسبة التطعيم (1+1) ثم تزداد بزيادة نسب التطعيم لتقترب لامتصاصية اغشية CuO النقية. وأن قيم فجوة الطاقة البصرية للانتقالات المباشرة المسموحة أظهرت تناقصا بارتفاع درجة حرارة التلدين وتتراوح قيمها (2.06eV-1.94eV) وعند التطعيم زاد مقدارها عن الغشاء الغير مطعم (2.125eV-2eV) عند نسبة تطعيم (1+1) وبزيادة نسب التطعيم الثنائي  تأخذ بالانخفاض لتقترب من فجوة الطاقة للغشاء CuO النقي إذ تم حسابها باستخدام علاقة Tauc ضمن مناطق الامتصاص العالية.

إنَّ دراسة الخصائص الكهربائية المتمثلة بقياسات تأثير هول اظهرت  بأن نوع حاملات الشحنة الأغلبية هو من النوع الموجب (p-type) لجميع أغشية CuO غير المطعمة حيث لم تتأثر نوعية الحاملات بارتفاع درجة حرارة التلدين، فيما أظهرت الاغشية المطعمة اختلافا في نوع حاملات الشحنة لجميع نسب التطعيم الثنائي، إذ تغيرت نوعية حاملات الشحنة الاغلبية الى النوع السالب (n-type) وأظهرت نتائج تأثير هول أن التطعيم الثنائي بالكادميوم والكوبلت يساهم بصورة عامة في تحسين الخصائص الكهربائية لأغشية أوكسيد النحاس وأن أعلى توصيلية كهربائية كانت للغشاء المطعم ثنائي بنسبة(7+7) ](Cd+ Co) wt.%] [3.50⨯ 10⁺¹ (Ω.cm)^-1] تقابلها اقل مقاوميه [2.86x10^-2(Ω.cm)] .

وأَظهرت نتائج دراسة التحسس لغاز الامونيا (NH3)  باستخدام أغشية اوكسيد النحاس غير المطعم والمطعم بالكادميوم والكوبلت، أنَّ أّعلى تحسس تم الحصول عليه كان لغشاء CuO غير المطعم اذ بلغت التحسسية لغاز (NH3) بمقدار (%28.8) خلال زمن استجابة (Response time) مقداره (12s) وزمن استرداد (Recovery time) مقداره (104s) عند درجة حرارة الغرفة بينما اظهر الغشاء النقي تحسساً للغاز بقيمة (%29.11) خلال زمن استجابة (27.9s) وزمن استرداد (41s)عند درجة حرارة (200K)، بينما كان افضل تحسسية للأغشية المحضرة عند نسبة تطعيم (3+3) اذ بلغ مقدارها (%10.1) خلال زمن استجابة قدرة (15.3s) وزمن الاسترداد (100s) عند درجة حرارة الغرفة.

<<  الموضوع التالي  |  الموضوع السابق  >>