پژوهش: دانلود پروژه كاربرد نانوفناوري در صنايع الكترونيك — قسمت دوم

دانلود پایان نامه

-7   ذرّه در جعبه کوانتومی

افزایش گاف انرژی با کاهش اندازه نانوذرّات، به عنوان اثر اندازه کوانتومی ­شناخته می­گردد. مطالعه خواص نوری نانوذرّات CdS، بروز اثر اندازه کوانتومی را در آنها را نشان داده می باشد[38-37]. یکی از علت های توجّه فراوان به نانوذرّات CdS به خاطر نمایش خوب اثر اندازه کوانتومی در زیر شعاع بوهر اکسیتون در آنها می باشد. اثر اندازه کوانتومی برای نانوذرّات CdS وقتی که اندازه­شان به 5 نانومتر برسد ظهور می­کند[40-39].

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

می­توان اثر اندازه کوانتومی را بوسیله در نظر گرفتن مسئلۀ ذرّه در جعبه، به گونه کیفی توجیه نمود. بعضی از محققین به این وسیله و با توجه نکردن از بر همکنش الکترون و حفره در نانوذرّات، درک اثر اندازه کوانتومی و تغییر وضعیت ترازهای انرژی در گذار از فاز حجیم به نانو را آسان کرده­اند. آنها با این ساده سازی که یک نانوذرّه به صورت یک چاه کوانتومی بینهایت یک بعدی به پهنای d می باشد، حاملهای بار در آن را به صورت آزاد در نظر گرفته­اند[41].

هنگامی که الکترون و حفره در بلور حجیم به صورت آزاد در نظر گرفته شوند(تقریب جرم مؤثر) نمودار انرژی آنها به صورت سهموی می باشد. با حبس شدن حاملها در یک جعبۀ کوانتومی، ترازهای پیوستۀ انرژی دچار گسستگی می­شوند. این وضعیت در شکل1-5 نشان داده شده­ می باشد. از طرفی طيف جذب نوری یک نیم­رسانا(که از آن طول موج معادل گاف نواری به دست می­آید) با طیف ذرۀ منفرد متناظر نمی­باشد زیرا که جذب نوری معادل تولید یک زوج الکترون- حفره در بلور و نه یک تک الکترون یا حفره منفرد می باشد. از این رو، مسئله زمانی کامل می باشد که معادله شرودینگر برای یک زوج الکترون- حفره حل گردد. با انتخاب مبدأ مناسب و حل معادله شرودینگر، رابطۀ زیر برای انرژی گاف نواری نانوذرّات به دست می­آید:

این معادله اظهار می­کند که اولاً گاف نواری نانوذرّات نسبت به حالت حجیم خود به سمت انرژیهای بالاتر جابجا می­گردد و این جابجائی اگر اندازه ذرّات با L نشان داده شوند با متناسب می باشد و ثانیاً طيف انرژي، به جای نوار از يك سري خطوط كه مربوط به گذارهاي الكترون- حفره هستند، تشكيل شده می باشد.

 

شکل1-5) در نانوذرّات که حاملهای بار در یک حجم کوچک حبس شده­اند(مشابه وضعیت حاملها در یک چاه کوانتومی بینهایت با پهنا d) ترازهای انرژی گسسته شده و گاف انرژی نسبت به حالت حجیم افزایش می­یابد[41].

با در نظر گرفتن اندركنش كولني، مسأله ديگر تغيير مي­كند و دیگر نمي­توان آن را به صورت تحليلي حل نمود. در چنین حالتی روشهای عددی به كار برده می­شوند. نمونه­ای از حل معادله شرودینگر در حضور اندرکنش کولنی را می­توان در مرجع[42] نظاره نمود.

نکته قابل توجّه اینکه، همزمان با کاهش اندازه جعبه(ذرّه)، گسستگی ترازها نیز افزایش می­یابد. این افزایش گسستگی، در طیف جذب نوری نانوذرّات، معادل تیز شدن قلّۀ جذب می­باشد. به این ترتیب با در نظر گرفتن ذرّه در جعبه کوانتومی، می­توان درک بسیاری از پدیده­ها را آسان نمود.

1-8   نسبت سطح به حجم در نانوذرّات

به غیر از حبس کوانتومی حاملهای بار، نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، یکی دیگر از عوامل بروز خواص جالب توجّه و متفاوت از حالت حجیم در نانوذرّات می باشد. برای درک بهتر، نسبت سطح به حجم ذرّات کروی و مکعبی در شکل1-6 محاسبه و نشان داده شده می باشد.

 

 

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

با کوچک شدن ابعاد ذرّات(مرتبه) این نسبت به گونه­ای بزرگ می­گردد که در بعضی از گزارشها آمده می باشد که یک گرم از پودر نانو ذرّات، 1200 متر مربع سطح را در خود می­گنجاند پس برخلاف یک ماده حجیم، با کاهش اندازۀ مواد نمی­توان سهم اتمهای سطحی آنها را صرف نظر کرد[43].

با کوچکتر شدن اندازۀ نانوذرّات، نسبت اتمهای حاضر در سطح به اتمهای موجود در حجم افزایش می­یابد که این حقیقت به افزایش انرژی آزاد سطح می­انجامد. به دلیل انرژی بالا و در نتیجه واکنش­پذیری زیاد اتمهای واقع در سطوح، احتمال ترکیب سطوح نانوذرّات با یکدیگر به میزان بسیار زیادی هست. وجود سطوح با واکنش پذیری بسیار زیاد، یک چالش مهم در تولید نانوذرّات به حساب می­آید و پس بایستی به دنبال تکنیکهائی برای مهار آن بود تا بتوان نانوذرّات را تولید نمود.

1-9  چگالی حالتها در نانوذرّات

وضعیّت چگالی حالتها در نانوذرّات، از ویژگیهای جالب توجّه و منحصر به فرد آنها می باشد. برخلاف مواد حجیم (که چگالی حالتهایشان با  متناسب می باشد[32]) چگالی حالتهای نانوذرّات با توابع دلتا متناسب می­باشد. نانوذرّات فلزّی نیز وضعیت مشابه دارند. در شکل1-7 چگالی حالتهای نانوذرّات CdS در اندازه­های 7.6 و 4.6 نانومتری و نانوذرّات مس در خوشه­های 8 و 20 اتمی نشان داده شده می باشد. در فصل آینده مقایسۀ میان چگالی حالتهای مواد توده­ای، لایه­های نازک، سیمهای کوانتومی و نانوذرّات به صورت نظری ارائه خواهد گردید.

1-10   دسته بندی نانوذرّات

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

به این دلیل که شعاع بوهر اکسیتون در مواد مختلف با یکدیگر برابر نیست و از طرفی اندازه نانوذرّات با این شعاع تعیین می­گردد، نانوذرّات طیف وسیعی از اندازه­ها را در بر می­گیرند. بر این اساس می­توان آنها را به سه دسته تقسیم نمود[17].

دسته اوّل نانو ذرّات با شعاع 1 تا 2 نانومترکه تعداد اتمهای کمتر از 50 دارند. این دسته به نوع مولکولی تمایل دارد و زیرا تعداد ذرّات کم می باشد کار تئوری درمورد آنها نسبتاً آسان می­باشد. اینگونه خوشه­ها با بهره گیری از لیزر ساخته می­شوند.

دسته دوّم نانو ذرّات 2 تا 20 نانومتر که تعداد اتمهای کمتر از دارند را شامل می­گردد. در این دسته که دستۀ مورد علاقه ما می باشد، ذرّات باردار در حبس کوانتومی هستند و حوزه­ای برای مواد نیم­رسانا به حساب می­آید. نسبت سطح به حجم زیاد و خواص تابع اندازه برای این دسته بسیار مهم می باشد. روشهای زیادی برای تولید نانو ذرّات این دسته هست.

 دسته سوّم نانو ذرّات با شعاع بزرگتر از 20 نانومتر که تعداد اتمهای بیشتر از را دارند شامل می­گردد. در این دسته به دلیل اینکه هنوز نسبت سطح به حجم مقدار بزرگی می باشد، خواص مواد به اتمهای سطحی وابسته­اند. این دسته برای کاتالیستها مفید می­باشند.

تولید نانوذرّات

1-11   تاریخچه تولید نانوذرّات نیم­رسانا 

آغازگر علم نانو را می­توان ریچارد فاینمن[1] نامیدکه درسال 1959 مطالبی را در ارتباط با نانوفنّاوری و خصوصیات جدید مواد در مقیاس نانو مطرح نمود. اندکی بعد، ایساکی[2] و همکارانش با ساخت نخستین چاه کوانتومی با بهره­گیری از روش لایه نشانی پرتو مولکولی، اندیشه­های فاینمن را به سمت واقعیت پیش بردند[46]. اگر چه بعد از فاینمن، فیزیکدانان به فکر کار با مواد در ابعاد کاهش یافته افتادند امّا شیمیدانها از مدتها قبل با کلوئیدها سر وکار داشته­اند. شیمیدان معروف، استوالد[3] کتابی را با نام “دنیای ابعادکاهش یافته[4] ”  نوشته می باشد[47].

در سال 1980 اکیمو[5] در مؤسسه فیزیک پترزبورگ طیف های جالبی از CdS و CdSe را نظاره نمود که این طیفها تنها با فرض اینکه ذرّات CdS و CdSe با ابعاد نانو، درون شیشه شکل گرفته­اند قابل توجیه بود[48].

مباحث نظری نانوذرّات آغاز توسط ایفور[6] در سال1982 مطرح گردید[49] و پس از آن لوئیز براس[7] در سال1984 با بهره­گیری از تقریب جرم مؤثر مجموعه مقالاتی را در باب تئوری نیم­رساناها منتشر نمود[50]. به دلیل ضعفهایی که این مدل، بخصوص در توجیه ذرّات با اندازه­های بسیار کوچک داشت، لیپنز[8] در سال 1989 تقریب تنگ بست را برای توجیه خواص غیرعادی نانوذرّات به کار گرفت که موفقیت بیشتری داشت[52-51].

تلاشهای زیاد برای تولید نانوذرّات در توزیع اندازه باریک در چند مورد موّفق بوده می باشد[55-53]. آغاز بکارگیری روش مهار کردن برای تولید نانوذرّات را می­توان سال 1985 نامید که در آن وقت “دنس” و همکارانش با بهره گیری از یک حلال غیر آبی به تولید نانوذرّات سولفید روی پرداختند[56].

این نوشته در برق ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

پاسخی بگذارید