ایران؛ تولید سرامیک‌های نیمه‌رسانا با ضخامت دلخواه

با استفاده از این روش می‌توان پوشش‌های تیتانیای نانوساختار بویژه سرامیک‌های نیمه رسانای مورد نیاز در صنایع مختلف الکترونیکی و اپتیکی نظیر فوتوولتائیکی را تولید کردد.

به نوشته سایت نانو، روش سل – ژل یکی از روش‌های معمول برای سنتز پوشش نانوذرات اکسید تیتانیوم محسوب می‌شود. با این حال، ضخامت کم پوشش تولید شده از محدودیت عمده استفاده از این روش است. با توجه به نرخ بالای رسوب توسط روش رسوب الکتروفورتیک (EPD) در تولید پوشش‌های اکسیدی، ترکیب روش سل - ژل و فرآیند EPD برای تولید فیلم‌های ضخیم‌تر را می‌توان راهکاری برای رفع این محدودیت دانست.

از این رو هدف پژوهشگران در این طرح بررسی نرخ لایه نشانی در روش سل-ژل الکتروفورتیک با استفاده از آنالیز نمودار جریان لایه نشانی بر حسب زمان به منظور ایجاد پوشش نانوساختار تیتانیا بر روی زیرلایه‌هادی شفاف جهت استفاده در کاربردهای اپتوالکترونیکی بود. آن‌ها همچنین تلاش کردند تا با استفاده از روابط حاکم بر فرآیند لایه نشانی الکتروفورتیک مدلی ریاضی جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف سل تیتانیا بر روی نرخ لایه نشانی تعیین کرده و به مقایسه نتایج آن با نتایج حاصل از آزمایش‌های صورت گرفته بپردازند.

مهندس صابر قنادی، کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه تهران و محقق این طرح در این باره اظهار کرد: برای این منظور ابتدا یک سل شفاف از محلول آلکوکسید تیتانیا تهیه شد و پارامترهایی همچون غلظت آلکوکسید تیتانیا، آب و کاتالیست اسیدی جهت بررسی اثر هر یک از آن‌ها بر روی نرخ لایه نشانی از سل تیتانیا در نظر گرفته شد.

وی افزود: در ادامه فرآیند لایه نشانی الکتروفورتیک در ولتاژ 5 ولت بر روی الکترود‌هادی شفاف FT انجام پذیرفت. در این مرحله با استفاده از یک مولتی‌متر متصل به کامپیوتر مقدار جریان فرآیند بر حسب زمان ثبت شد. بعد از فرآیند لایه نشانی، ضخامت لایه‌های سنتز شده بعد از عملیات کلسیناسیون با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) اندازه‌گیری و در نهایت با نتایج حاصل از مدل‌سازی صورت گرفته مقایسه شد.

به گفته قنادی، نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان داد که نرخ واکنش هیدرولیز در سل تیتانیا تاثیر بسیار زیادی بر روی نرخ لایه نشانی در فرآیند سل-ژل الکتروفورتیک دارد. افزایش مقدار آب و غلظت پیش ماده آلکوکسیدی و همچنین کاهش مقدار کاتالیست اسیدی سبب افزایش نرخ واکنش هیدرولیز و به دنبال آن افزایش نرخ لایه نشانی در این فرآیند شد.

قنادی در ادامه افزود: استفاده از مدل‌های ریاضی مختلف در فرآیندهای لایه نشانی، بویژه فرآیندهایی که با واکنش‌های مختلف شیمیایی سر و کار دارند، می‌تواند نقش بسیار زیادی در توسعه و تجاری سازی آن‌ها داشته باشد. مدلسازی انجام شده بر روی روش لایه نشانی سل-ژل الکتروفورتیک انجام شده در این تحقیق نشان داد که این روش با کنترل مناسب در ضخامت و شکل لایه تشکیل شده، می‌تواند راهکار مناسبی برای تولید پوشش‌های تیتانیای نانوساختار با استفاده از سل آن باشد.

محقق این طرح تصریح کرد: با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش، طیف گسترده‌ای از مواد نانوساختار، بویژه سرامیک‌های نیمه رسانا می‌توانند با استفاده از این روش و با ضخامتی کنترل شده تولید شوند.

نتایج این پژوهش که حاصل همکاری مهندس صابر قنادی، دکتر حسین عبدی زاده عضو هیات علمی دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران و دکتر محمد رضا گل و بستان است، در مجله Ceramics Intrenatinal به چاپ رسیده است.

نشریه پنجره ایرانیان، سال هفتم، شماره 78-79، اردیبهشت ماه 1393