شماره راهنما :
1900 دكتري
پديد آورنده :
حسيني، مهري السادات
عنوان :
ساخت و مشخصه يابي نانو ساختارهاي پلاسمونيكي اكسيد موليبدن براي كاربرد حسگري
گرايش تحصيلي :
چگال تجربي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ر، 199 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي رنجبر
استاد مشاور :
پرويز كاملي
توصيفگر ها :
اكسيد موليبدن , گازوكروميك , پلاسمونيك , حسگر , هيدروژن , سپر گرمايي , سنتز شعله , آندايزينگ
استاد داور :
محمد مهدوي، حميده شاكري پور، فاطمه داور
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/02/17
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/02/19
چكيده فارسي :
نانو ساختارهاي اكسيد موليبدن به عنوان يك ماده¬ي رنگزا، به طورگسترده درحسگرهاي گازي، دستگاه¬هاي ذخيره سازي الكتروشيميايي، الكتروكروميك، ترموكروميك، كاتاليستي و پلاسموني مورد توجه قرار گرفته است. نفوذ اتم¬هاي هيدروژن به درون شبكه¬ي اكسيد موليبدن در فرايند گازوكروميك باعث ايجاد تهي¬جاي اكسيژن و حامل¬هاي بار آزاد و بروز باند جذب پلاسمونيك در ناحيه مادون قرمز نزديك مي¬شود. بعلاوه در سال¬هاي اخير تهيه¬ي اكسيدهاي فلزي با خواص رنگزايي با استفاده از روش¬هاي ساخت ساده، ارزان قيمت و سريع مورد توجه قرار گرفته است. روش الكترواكسيداسيون آندي و روش شعله با خوراك جامد از جمله روش¬هاي سنتز كارامد براي تهيه¬ي ساختارهاي اكسيد موليبدن به فرم كلوييد و لايه نازك هستند. در اين پژوهش در بخش اول به ساخت نانو ورقه-هاي كلوييدي MoO3 با استفاده از روش آندايزينگ پرداختيم. به دليل خاصيت كاهندگي محلول كلوييدي اكسيد موليبدن، يونهاي نمك طلا در محلول به فرم نانو ذرات فلز طلا تبديل مي¬شوند. محلول كلوييدي Au-MoO3 نسبت به گاز هيدروژن خاصيت رنگزايي دارد. قله¬هاي پلاسمونيك نانو ذرات طلا در ناحيه مرئي ( nm 550~) و همچنين قله¬ي پلاسمونيك مربوط نانو ورقه¬هاي اكسيد موليبدن در ناحيه مرئي تا مادون قرمز نزديك ( nm 780~)، با افزايش غلظت گاز هيدروژن(3%-0) جابجايي قرمز خواهند داشت. جابجايي قله نانو ذرات طلا مربوط به افزايش ضريب شكست محيط پيرامونش (اكسيد موليبدن) است در حاليكه جابجايي قله مربوط به نانو ذرات اكسيد موليبدن با تغييرات چگالي حامل بار بستگي دارد. منحني مجموع منحني جذب يك رابطه¬ي خطي نسبت به غلظت¬هاي كمتر از 1% گاز هيدروژن نشان مي¬دهد. در بخش دوم لايه¬هاي اكسيد موليبدن بر روي زير لايه شيشه با استفاده از روش شعله با خوراك جامد ساخته شده است. در اين بخش ار تحقيق نقش دماي زير لايه در حين فرايند لايه نشاني بر روي مورفولوژي و ساختار كريستالي مطالعه شده است. با افزايش دماي زيرلايه حين لايه نشاني (℃300-25) ساختار كريستالي بهبود يافته و ساختار از فاز مونوكلينيك به اورتورومبيك تغيير مي¬كند. بعلاوه موفولوژي نانو ذرات لايه نشاني شده نيز از فرم نانو ذرات كروي به ميكرو صفحات ضخيم تغيير مي¬كند. لايه MoO3 بعد از لايه نشاني فلز پالاديم با استفاده از روش اسپاترينگ خاصيت رنگزايي دارد كه به علت بروز خواص پلاسمونيك بعد از هيدروژن-دهي مي¬باشد. آناليزهاي پراش پرتو ايكس و رامان نشان دهنده¬ي تغيير در ساختار كريستالي اكسيد موليبدن بعد از هيدروژن¬دهي است. هرچند موفولوژي سطح تغييرات چنداني ندارد. با ساخت يك دستگاه ساده به بررسي خواص حسگري نمونه ها براي سنجش پارمترهاي ميزان حساسيت نسبت به غلظت هاي مختلف گاز، پايداري و همچنين تكرار پذيري در دماي كاري بهينه پرداخته شد. نمونه¬هاي ساخته شده در دماي اتاق و در دماي ℃300 در دماي كاري ℃150 از نظر سرعت پاسخ وريكاوري شرايط بهينه دارند. در بخش سوم با استفاده از روش ساده و سريع شعله، لايه¬هاي MoO3در دماي اتاق برروي زيرلايه¬هاي شيشه كوارتز لايه نشاني شدند. اين لايه¬ها وقتي در فواصل و مدت زمان¬هاي مختلف در درون شعله بوتان قرار مي¬گيرند، كاهيده مي¬شوند. فرايند كاهش شعله منجر به ايجاد نقص اكسيژن در ساختار اكسيد موليبدن و بروز قله جذب پلاسمونيكي در ناحيه مادون قرمز نزديك مي¬شود. قله پلاسمونيكي در اين لايه¬ها در كاربرد شيشه¬هاي سپر گرمايي منجر به كاهش نرخ افزايش دما در خانه¬ي شبيه سازي شده با فوم دارد.
چكيده انگليسي :
Molybdenum oxide nanostructures as colorogenic material have been widely used in optical sensors, electrochemical, electrochemical, thermochromic, catalytic and plasmonic applications. The penetration of hydrogen atoms into the molybdenum oxide lattice in the gasochromic process causes to create oxygen vacancy and free charge carriers and so the plasmonic absorption bands in the NIR region. In addition, heat treatment in a reducing flame atmosphere is another method of creating oxygen deficiency and plasmonic properties in this material. As a result of these phenomena, the milky (white) color of molybdenum oxide changes. In recent years, the production of metal oxides with colorogenic properties using simple, inexpensive and fast manufacturing methods, has been considered. electrooxidation and solid feed flame methods are efficient synthesis methods for the preparation of molybdenum oxide structures in the form of colloids and thin layers. In this research, in the first part, the colloidal nanoparticles of molybdenum oxide are synthesized by using the anodizing method. Due to reduction properties of MoOx colloidial solution, gold salt ions can be reduced into gold metal nanoparticles by MoOx particles. Au-MoO3 colloidal solution shows a gasochromic hydrogen gas sensing. Plasmonic peaks of gold nanoparticles in the visible region (~ 550 nm) as well as plasmonic peak of molybdenum oxide nanoparticles in the visible to near infrared region (~ 780 nm) red shifted by increasing the hydrogen gas concentration (0-3%). The shift of gold plasmonic peak related to variation in sourounding refractive index (MoOx) and the plasmonic peak shift of Moox related to incresing the carriedr density through hydrogen exposure. The cummulative absoption curves of Au:MoOx solution verse H2 gas concentration show a linear relationship .In the second part, a layers of molybdenum oxide are deposited on the glass substrate using the solid fed flame method. In this section, we investigate the role of substrate temperature during the deposition process on morphology and crystal structure. As the substrate temperature increases during the flame vapor deposition (25-400 ℃), the crystal structure improves as the crystalite phase changes from monoclinic to orthorombic. In addition the morphology of flame deposited nanoparticles changes from spherical nanoparticles to thick micro-plate. To activate the gasochromic properties of MoO3 films, a thin layer of pd catalyst sputtered. After hydrogen exposure a plasmonic absorption band was appaired in Vis-NIR. The XRD and Raman analysis confirm the variation in the crystalit structure of molybdenium oxid after hydrogenation. By making a simple device, the sensing properties of the films are evaluated through the parameters of sensitivity to different gas concentrations, stability and selectivity at optimal operating temperature.
In the third section, using the simple and fast flame method, the molybdenum oxide layers were deposited at room temperature on the quartz glass substrates. The MoO3 layers are reduced when placed at different distances and times within the torch flame. The flame reduction process leads to appear of a plasmonic absorption peak in the infrared region. We investigated the role of plasmonic peaks for the thermal shield windows application.
استاد راهنما :
مهدي رنجبر
استاد مشاور :
پرويز كاملي
استاد داور :
محمد مهدوي، حميده شاكري پور، فاطمه داور