بهبود عملکرد نوری نانوذرات اکسیدی به کمک نانو لوله های کربنی

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری،نیمه رساناها دسته ای از موادند که در حالت عادی عایق هستند، اما می توانند تحت شرایطی به حالت رسانا تغییر حالت پیدا کنند. برخی از اکسیدهای فلزی از قبیل دی اکسید تیتانیم و اکسید روی در گروه نیمه رساناها قرار می گیرند.
این نوع نیمه رساناها با جذب نور می توانند به حالت رسانا درآیند. در بین نیمه رساناهای اکسیدی، دی اکسید تیتانیم به عنوان یک نیمه رسانای پربازده و مطلوب شناخته شده است. تولید این نیمه رساناها به صورت نانوذره عملکرد آن ها را به صورت قابل توجهی افزایش می دهد. بااین وجود، محققان به دنبال بهینه سازی هر چه بیشتر عملکرد این نیمه رسانای پرکاربرد هستند.
دکتر فرشاد طالشی محقق دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر با اشاره به نقش نانولوله های کربنی، در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: نانولوله های کربنی به سبب سطح بالای خود می توانند نقش مهمی را در کنترل ابعاد نانوذرات دی اکسید تیتانیم بازی کنند. ازاین رو در طرح حاضر با سنتز پودر نانوکامپوزیتی دی اکسید تیتانیم/نانولوله های کربنی، نقش نانولوله های کربنی بر میزان جذب نور نانوذرات دی اکسید تیتانیم ارزیابی شده است.
به گفته وی، پودر نانوکامپوزیتی تولید شده در این طرح قادر است طیف گسترده تری از نور را جذب کرده و خواص نوری بهینه تری ارائه نماید.
طالشی افزود: با حضور بستر نانولوله های کربنی، علاوه بر کاهش اندازه نانوذرات و تغییر مورفولوژی پودر از حالت کلوخه ای به حالت رشته ای، مقدار انرژی گاف نواری دی اکسید تیتانیم نیز کاهش یافته است. لذا قابلیت این ماده به عنوان فتوسل با جذب نور در طول موج های بالاتر اتفاق می افتد. این موضوع موجب افزایش کارایی کاتالیستی این ماده می گردد.
عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر ادامه داد: در بخش اول این پژوهش نانولوله های کربنی سنتز و ابعاد آن ها بهینه شده است. در بخش بعد سطح نانولوله ها به منظور ایجاد پیوند قوی تر بین نانولوله ها و نانوذرات دی اکسید تیتانیم، نانولوله های کربنی عامل دار شده است. سپس نانوذرات دی اکسید تیتانیم بر روی بستر نانولوله های کربنی سنتز شده و در انتها خواص جذب نوری نانوکامپوزیت سنتز شده مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.
نتایج حاکی از آن است که میزان گاف انرژی دی اکسید تیتانیم خالص در محدوده 2/44 تا 3/98 الکترون ولت بوده است که در حضور نانولوله های کربنی این مقدار کاهش یافته است.
این تحقیقات حاصل تلاش های دکتر فرشاد طالشی- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر- است.نتایج این کار در مجله Journal of Applied Spectroscopy (جلد 82، شماره ی 2، سال 2015، صفحات 303 تا 306) به چاپ رسیده است.

**نانولوله کربنی
کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت است که به چهار صورت مختلف در طبیعت یافت می شود. همه این چهار شکل، جامد هستند و در ساختار آنها اتم های کربن به صورت کاملاً منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. این چهار ماده گرافیت، الماس، نانولوله ها و باکی بال ها هستند.
از قرارگرفتن شش اتم کربن که به صورت شش ضلعی منتظم که با پیوند کوالانسی کنار هم قرار می گیرند، لایه های گرافیتی تشکیل می شوند که این لایه ها با لایه های زیرین خود با پیوند واندروالسی به هم وصل می شوند .علت نرمی گرافیت نیز همین موضوع است.
نانولوله ها در حقیقت لایه های گرافیتی هستند که از دو نقطه به هم وصل شده اند و بسته به نوع اتصالشان به صندلی، زیگزاگ و نامتقارن تقسیم می شوند.
نانولوله های کربنی علاوه بر اینکه استحکام بسیار بالایی دارند، از انعطاف و پیچش پذیری خوبی نیز برخوردارند.یکی از کاربردهای آن، کامپوزیت است. مهم ترین خاصیت نانولوله ها، هدایت الکتریکی آنهاست که بستگی به میزان نظم قرار گرفتن اتم ها، مقدار این پارامتر متغیر است.