بررسی خواص الکتریکی و فتوکاتالیستی tio2 غیر استوکیومتری به شکل نانوپودر و لایه نازک

دی اکسید تیتانیوم در زمینه های فوتوکاتالیزوری، فتوالکتروشیمیایی، رنگدانه، حسگر گاز و سلول های خورشیدی کاربردهای گسترده ای دارد. خواص نانوپودر و لایه نازک tio2 می تواند به طور گسترده ای با ایجاد نقص ساختاری، دگرگون شود و ساختار الکترونیکی آن نیز با تغییر میزان غیراستوکیومتری اکسیژن، تغییر می کند. در این پژوهش، لایه نازک و نانوپودر tio2 با استفاده از روش سل- ژل تهیه شدند. در تهیه سل از تیتانیم تترا ایزوپروپوکساید به عنوان پیش ماده، ایزوپروپانول به عنوان حلال و اسید استیک به عنوان کاتالیزور استفاده شد. پوشش دهی به روش غوطه وری در سل بر روی زیرلایه کوارتز صورت گرفت. برای تهیه نانوپودر نیز از همان سل مورد استفاده در تهیه لایه نازک استفاده شد. از نانوپودر حاصله با استفاده از پرس ایزواستاتیک قرص هایی تهیه شد، قرص های حاصله سپس سینتر شدند. نانوپودر، لایه نازک و قرص های پلی کریستالtio2 در دماهای مختلف (در بازه 500 تا1000 درجه سانتیگراد) تحت اتمسفر احیائی (%80 آرگون-%20 هیدروژن) عملیات حرارتی شدند. میزان غیراستوکیومتری قرص ها به وسیله اندازه گیری تغییر وزن قرص ها قبل و بعد از عملیات احیا تعیین گردید. . آنالیز پراش اشعه x ، وجود فازهای ماگنلی (magnéli) مربوط به اکسیدهای زیرین tio2 را علاوه بر سایر فازها در نانوپودر ثابت کرد، حال آنکه در لایه نازک به دلیل محدودیت زیرلایه این فازها تشکیل نشدند و استحاله فازی در دماهای بالاتری نسبت به نانوپودر اتفاق افتاد. آنالیز sem و tem تغییر مورفولوژی نانوپودر را از حالت کروی به شکل ویسکر در اثر عملیات حرارتی نشان داد. مورفولوژی لایه های نازک نیز به وسیله sem مورد بررسی قرار گرفت و تبلور مجدد و رشد ذرات ثانویه را با افزایش دما نشان داد. همچنین بررسی توپوگرافی لایه ها به وسیله afm افزایش زبری و اندازه ذرات را با افزایش دما نشان داد. خواص نوری لایه های نازک با استفاده از اسپکتروسکوپی uv-vis مورد سنجش قرار گرفت. میزان جذب لایه ها با افزایش دمای عملیات حرارتی افزایش یافت و اندازه انرژی نوار ممنوعه کاهش یافت. مقاومت الکتریکی ویژه نانوپودر و لایه نازک با استفاده از پروب 4 نقطه اندازه گیری شد. با افزایش دمای عملیات حرارتی، رسانایی الکتریکی نانوپودر و لایه نازک tio2 افزایش می یابد. خاصیت فتوکاتالیستی نانوپودر و لایه نازک تیتانیا با سنجش میزان تجزیه محلول متیلن بلو اندازه گیری شد. نمونه های عملیات حرارتی شده، فعالیت فتوکاتالیستی بهتری را نسبت به نمونه های عملیات حرارتی نشده از خود نشان می دهند. عیوب به وجود آمده در ساختار در اثر عملیات حرارتی در اتمسفر احیائی (جاهای خالی اکسیژن و ti3+) در tio2-x، نقش مهمی را در افزایش فعالیت فتوکاتالیستی این ماده، ایفا می کند .