پایان نامه رایگان درباره سلسله مراتبی و سلسله مراتب

1-5-3 آنالیز EDX
EDX مخفف کلمات Energy Dispersive X ray است، که برخی اوقات به آن EDS یا EDAX هم می‏گویند. این تکنیک روشی برای مشخص کردن ترکیب عنصری یک نمونه یا بخشی از یک نمونه است.EDX به تنهایی به کار نمی‏رود بلکه سیستمی است که به همراه میکروسکوپ الکترونی عبوری بوده و در حقیقت بخشی از این میکروسکوپ به شمار می‏رود. در این روش سطح نمونه توسط یک اشعه الکترونی درون میکروسکوپ تحت بمباران قرار گرفته و با برخورد الکترون‏های این اشعه به الکترون‏های مربوط به اتم‏های نمونه تحت بررسی، برخی از الکترون‏ها از جای خود خارج می‏شوند. با توجه به این که جای اتم‏ها نمی‏تواند خالی بماند و بایستی به حالت تعادل برسند، الکترون‏هایی از لایه‏های بالاتر اتمی به این جای خالی مهاجرت کرده و جای آن را پر می‏کنند. برای انجام این عمل الکترون‏های لایه‏های بالاتر که انرژی بیشتری دارند، بایستی بخشی از انرژی خود را از دست بدهند تا به سطح انرژی لایه جدید رسیده و پایدار شوند که این انرژی به صورت اشعه ایکس منتشر می‏شود. مقدار انرژی آزاد شده به نوع لایه‏ها بستگی دارد، هم لایه‏ای که الکترون از آن جدا شده و هم لایه‏ای که الکترون به آن مهاجرت می‏کند. از طرفی اشعه ایکس اتم‏های هر عنصر، مقدار انرژی منحصر به فردی در حین انتقال از لایه‏ای به لایه دیگر اتمی از خود ساطع می‏کنند. بنابراین با اندازه‏گیری مقدار انرژی موجود در اشعه ایکس آزاد شده در یک نمونه در حین بمباران توسط اشعه الکترونی می‏توان نوع اتم موجود را مشخص نمود.خروجی یک آنالیز EDX، طیف EDX است. طیف EDX فقط یک نمودار است که بر اساس دریافت انرژی ایکس از هر سطح انرژی رسم شده است. هر یک از پیک‏ها مختص یک اتم بوده و بنابراین نشانگر فقط یک عنصر می‏باشند. پیک‏های با ارتفاع بیشتر در طیف به معنی غلظت بیشتر عنصر مورد نظر در نمونه است.
Widget not in any sidebars

1-6 انواع نانوساختار‏های اکسید نیکل
در سال‏های اخیر نانومواد یک بعدی مانند نانومیله‏ها (NTs)، نانوسیم‏ها (NWs)، نانولوله‏ها (NTs) و نانوکمربند‏ها (NBs)، به خاطر کاربردهای تکنولوژیکی گوناگون در دستگاه‏های نانویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‏اند ]30[. انواع مختلفی از نانوساختارها برای اکسید نیکل توسط گروه‏های مختلف و با پارامترهای مختلف سنتز شده‏ا‏ند که در این بخش به معرفی برخی از آن‏ها می‏پردازیم:
1- یانگ و همکاران ]31[ نانوسیم‏های NiO را به روش سل ژل و بازپخت بعد از آن سنتز کردند. به این ترتیب که ابتدا g 5 نیترات نیکل 6 آبه (Ni(No3)26H2O) و g 5/7 اسید سیتریک (C6H8O7.H2O) در mL 100 الکل خالص حل شدند تا این که یک محلول شفاف تشکیل شد، سپس محلول در یک کوره در دمای °C 120 نگه داشته شد تا تمام الکل تبخیر شود و یک خمیر سبز رنگ تشکیل شود. بعد از فرآیند سل-ژل، خمیر داخل یک بوتۀ کوارتز در مرکز یک کورۀ لوله کوارتز قرار داده شد و در دمای °C 750 به مدت 8 ساعت در هوا بازپخت شد. الگوی پراش اشعۀ ایکس (XRD) نمونۀ سنتز شده شامل دو مجموعه از پیک‏ها می‏باشد که به ترتیب با اکسید نیکل هگزاگونال (nm 205/0=a و nm 723/0=b) و نیکل مکعبی متناظر هستند. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) شامل مجموعه‏های زیادی از نانوسیم‏ها می‏باشد (شکل 1-7).
شکل 1-7: تصویر SEM نانوسیم‏های NiO ]31[
تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نانوسیم‏ها نشان می‏دهد که اندازۀ جانبی نانوسیم‏ها در حدود nm 60-20 می‏باشد و برخی از نانوسیم‏ها منشعب می‏شوند. الگوی SAED یک نانوسیم منفرد نشان می‏دهد که نانوسیم‏ها تک‏بلورین هستند و این الگو می‏تواند با NiO هگزاگونال با ثابت‎‏های شبکۀ nm 295/0=a و nm 723/0=c نشان داده ‏شود که با نتایج به ‏دست آمده از نمونۀ XRD سازگار است. طیف EDX یک نانوسیم منفرد نشان می‏دهد که مولفه‏های Ni و O برای NiO استوکیومتریک هستند و پیک‏های Cu و C در طیف EDX از توری مسی استفاده شده برای نگه داشتن نمونه‏ها برای مشاهدۀ TEM ناشی می‏شوند (شکل 1-8).
شکل 1-8: الف) تصویر TEM نانوسیم‏های NiO، در گوشۀ سمت راست بالا الگوی SAED گرفته شده از یک نانوسیم NiO منفرد نشان داده شده است. ب) تصویر TEM یک نانوسیم منشعب شده، در گوشۀ سمت راست بالا طیف EDX یک نانوسیم منفرد نشان داده شده است ]31[.
تاکنون سه مکانیزم، بخار-مایع-جامد (VLS)، بخار-جامد (VS) و محلول-مایع-جامد (SLS) به طور وسیع برای توضیح رشد نانوساختارهای یک‏ بعدی پذیرفته شده‏اند. از دیدگاه مکانیزم‏های VLS و SLS رشد نانوسیم‏ها روی قطرات مایع در انتهای نانوسیم‏ها پیش می‏رود. در تصاویر SEM و TEM هیچ قطراتی در انتهای نانوسیم‏ها مشاهده نمی‏شود بنابراین رشد نانوسیم‏های NiO از طریق مکانیزم‏های VLS و SLS نمی‏تواند باشد. بنابراین مکانیزم VS برای تشکیل نانوسیم‏ها معتبر است ]31[.
2- ژیا و همکاران ]32[ نانوورق‏های NiO متخلخل به شدت سلسله ‏مراتبی را روی شیشه با یک روش رشد گرمابیسنتز کردند. به این ترتیب که ابتدا زیرلایه‏ها با یک محلول الکلی mM 8 استات نیکل 4 آبه در rpm 100 به مدت s 10 و سپس در rpm 200 به مدت s 20 به طور چرخشی (اسپینی) لایه‏نشانی شدند. سپس به مدت 1 دقیقه در دمای °C 200 روی یک صفحۀ داغ قرار داده شدند تا فیلم‏ها خشک شوند. بعد از این مرحله، زیرلایه‏ها داخل یک کورۀ تیوبی در دمای °C350 در هوا به مدت 2ساعت قرار داده شدند. نانوورق‏های NiO مستقیماً با قرار دادن زیرلایه روی یک نگه‏دارندۀ استیل ضد زنگ در mL 50 از یک محلول آبی mM 10، mM 30، mM 50 و mM 100نیترات نیکل 6 آبه و mM 25 هگزا متیلن تترامین رشد داده شدند. آنگاه محلول‏های نهایی در یک کوره در دمای °C 90 به مدت 2 ساعت گرم شدند. زیرلایه‏های لایه‏نشانی شده با نانوورق‏های NiO پس از شستشو با آب در یک جریان نیتروژن خشک شدند. سپس، نمونه‏های تهیه شده با اکسیژن در دمای °C 450 به مدت 1 ساعت اکسید شدند تا NiO تشکیل شود.
تأثیر دما و غلظت مواد واکنش ‏دهنده روی مورفولوژی نانوورق‏های NiO بررسی شد. شکل 1-9 تأثیر دمای واکنش را روی مورفولوژی نانوساختارهای NiO در یک محلول mM 100 نیترات نیکل 6 آبه نشان می‏دهد. در دمای °C 70 ( شکل الف 1-9) نانوورق‏ها فقط روی برخی از نواحی زیرلایه مشاهده شدند و رشد آن‏ها کمتر یکنواخت بود. همچنین نانوورق‏ها دارای سطوح ناصاف بودند. افزایش دمای رشد تا °C 90 (شکل ب 1-9) منجر به رشد نانوورق‏هایی یکنواخت‏تر وهموارتر از نانوورق‏های رشد یافته در دمای °C 70 شد. افزایش دمای رشد تا °C 100 (شکل ج 1-9) منجر به نانوصفحات نامنظم وبزرگ NiO می‏شود. بنابراین دمای واکنش نقشی کلیدی در کنترل مورفولوژی نانوساختارها ایفا می‏کند. رشد نانوورق‏های NiO در °C 90 یک ساختار متخلخل سلسله مراتبی با ضخامت‏های nm 400-200 و ارتفاع μm 8-6 را نشان می‏دهد که تقریباً برسطح زیرلایه عمود هستند.
شکل 1-9: تصاویر SEM نانوورق‏های NiO رشد یافته در محلول mM 50 نیترات نیکل 6 آبه در (الف) °C 70، (ب) °C 90 و (ج) °C 100 ]31[.
شکل 1-10 نمونه‏های XRD نانوورق‏های رشد یافته در °C 70، °C 90 و °C 100 به مدت 2 ساعت را نشان می‏دهد. پیک‏های براگ در °28/30، °29/37، °96/42، °28/50=θ2 و °72/62 به ترتیب با صفحات (002)، (111)، (200)، (112) و (220) نشان داده شده‏اند. همۀ نمونه‏ها، پیک‏هایی را در (002) و (112) نشان دادند که بیانگر حضور یک ساختار Ni2O3 است. پیک‏های پراش در (111) و (200) نمونۀ رشد یافته در °C 90 دقیقاً با یک ساختار bunsenite اکسید نیکل نشان داده شد که با فایل JCPDS (no. 4-0835) تطبیق یافت. تصویر SEM (شکل ب 1-9) تأیید کرد که نانوورق‏های رشد یافته در °C 90، آرایه‏ای از نانوورق‏های متخلخل سلسله مراتبی خوش تعریف دارند. نتایج به وضوح نشان می‏دهند که نانوورق‏های رشد یافته در °C 70 و °C 100 پیک‏های پراش بلورین ضعیف‏تری از نانوورق‏های رشد یافته در °C 90 دارند.
شکل 1-10: نمونۀ XRD نانوورق‏های NiO رشد یافته در یک محلول mM50 نیترات نیکل 6 آبه در °C70، °C 90 و °C 100 ]31[.
شکل 1-11 تأثیر غلظت نیترات نیکل 6 آبه را روی مورفولوژی نانوساختارهای NiO نشان می‏دهد. هنگامی که غلظت نیترات نیکل 6 آبه از mM 10 به mM 100 تغییر کرد، مورفولوژی نمونه‏ از نانوورق‏های گسسته به آرایه‏های نانوورق NiO متخلخل به شدت سلسله‏مراتبی تغییر کرد. در غلظت‏‏های پایین (شکل الف 1-11)، آرایه‏های نانوورق NiO متخلخل سلسله‏مراتبی مشاهده نشدند بلکه سطح زیرلایه با نانوورق‏های NiO گسسته رشد یافت. هنگامی که غلظت نیترات نیکل 6 آبه تا mM 30 افزایش یافت، مورفولوژی نمونه، از نانوورق‏های گسستۀ نازک به نانوورق‏های متراکم (چگال) تغییر کرد (شکل ب 1-11). با افزایش غلظت نیترات نیکل 6 آبه تا mM 50، نانوورق‏های NiO متخلخل سلسله‏مراتبی با ارتفاع µm 8-6 تشکیل شدند (شکل ج 1-11). هنگامی که که غلظت نیترات نیکل 6 آبه تا mM 100 (شکل د 1-11) افزایش یافت نانوورق‏های NiO بزرگ‏تر ومتراکم‏تری رشد یافتند و تخلخل نانوورق‏های NiO کاهش یافت. تصاویر SEM به وضوح نشان می‏دهند که در غلظت mM50 نیترات نیکل 6 آبه آرایه‏های نانوورق NiO سلسله ‏مراتبی به مقدار زیادی متخلخل هستند که برای کاربرد در حسگرهای گازی بسیار سودمند است.
شکل 1-11: نانوورق‏های NiO رشدیافته در غلظت‏های (الف) mM10، (ب) mM30، (ج) mM50 و (د) mM100 محلول نیترات نیکل 6 آبه در °C90 ]31[.
نانوورق‏های NiO متخلخل سلسله‏ مراتبی خوش تعریف و یکنواخت تحت شرایط: دمای واکنش °C90، غلظت نیترات نیکل mM50 و زمان واکنش 2 سا‏عت حاصل شدند. تحت این شرایط نانوورق‏هایی به ضخامت nm 400-200 و ارتفاع μm 8-6 سنتز شدند ]31[.
3- ژو و همکاران ]33[ نانوصفحات NiO را از طریق تجزیۀ گرمایی کلرید نیکل 6 آبه و Cetyltrimethylammonium bromide در دماهای بالا تهیه کردند. به این ترتیب که ابتدا mM 4 کلرید نیکل 6 آبه، mM 8 آمونیاک (26%) و mM 2، Cetyltrimethylammoniumbromide در mL 40 آب دوبار یونیزه حل شدند و به مدت 2 ساعت در دمای اتاق هم زده شدند. سپس محلول تهیه شده در یک قابلمۀ تفلون قرار گرفت و درب آن محکم بسته شد. عملیات گرمآبی در دمای °C160 به مدت 24 ساعت در یک کورۀ الکتریکی انجام شد. سپس محصولات Ni(OH)2 سبز رنگ جمع‏آوری شدند. سه بار با آب دو بار یونیزه شسته شدند و به مدت 10 ساعت در دمای °C80 خشک شدند. در نهایت نانوصفحات NiO با تجزیۀ گرمایی Ni(OH)2 در دمای °C300 به مدت 3 ساعت به دست آمدند.
شکل 1- 12: تصویر شماتیک نانوصفحات NiO ]33[.