چكيده فارسي :
در سالهاي اخير توجه به نانوساختارهاي اكسيدفلزي در مقياسهاي نانومتري به دليل خواص ويژهاي كه در ايون سوط از خوود
نشان ميدهند شدت گرفته است. از مهمترين كاربردهاي اين نوع مواد حسگري ميباشد. در اين ميوان حسوگري گازهوا و بهخصووص گواز
هيدروژن به دليل آنكه سوختي پوا و تجديدپوذير محسووب ميشوود و در عوين حوال قابليوت انفجارپوذيري بوالايي دارد داراي اهميوت
دوچندان ميباشد. از ميان انواع حسگرهاي مختلف گاز هيدروژن، حسگرهاي اپتيكي كه با تغيير خواص نوري قابليت شناسوايي را از خوود
بروز ميدهند به دليل كارايي ساده و ايمن از موردتوجهترين انواع حسگرها ميباشند. در اين راستا ترياكسيدموليبدن بوه دليول ويژگيهواي
سواختاري، فيزيكوي و شويميايي ويوژهاي نظيور گواف اپتيكوي پهون، قابليوت تنظيمپوذيري قلوههاي اپتيكوي و... يكوي از آينودهدارترين ايون
حسگرهاست. در اين زمينه پژوهشهاي بسياري در جريان است اما حلقه مفقوده اكثر اين پژوهشها بررسي سازوكارهاي رخ داده در طيف
جذب اپتيكي اين ماده است. اين بخش از اين جهت حائز اهميت است كه سازوكارهاي مربوطه ميتواند به محققين در انتخاب يوك روش
بهينه جهت بالابردن خواص مهم حسگر نظير انتخابپذيري، تكرارپذيري و دقت حسگري كمك كند.
در اين رساله تلاش شده است ضمن بيان جمعي از مهمترين نظريههاي مربووط بوه بوروز طيوف جوذب اپتيكوي، بوراي دادههواي
تجربي اكسيدموليبدنكاهيده كه تحت هيدروژندهي با غلظتهاي مختلف قورار گرفتهانود توابعي مناسوب جهوت بورازش انتخواب و سوپ
ويژگيهايي نظير شدت قله و موقعيت قله بررسي شود.
در نهايت، تلاش شده است در اين پژوهش نشان داده شود كه اكسيد موليبدن به دليول سواختار الكترونوي ويوژه، قابليوت ايجواد
نواقص اكسوويژن پايدار و پاسخ نوري قابلتنظيم، بسوتري مناسب براي توسعه حسگرهاي اپتيوكي ميباشد. تحووليل دادههاي طيفي نشان
ميدهد كه شدت و موقعيت قلههاي جذب نوه تنهوا بازتابدهنودهي تغييورات سواختاري و شويميايي مواده هسوتند، بلكوه ميتواننود بوهعنوان
شاخصهاي كمي و كيفي براي شناسايي حضور و غلظت گازهاي مختلف به ويوژه هيودروژن بوهكار گرفتوه شووند. بور ايون اسواس، امكوان
طراحي حسگرهايي فراهم ميشود كه ضمن دقت و سورعت بوالا، از گزينشپوذيري و پايوداري مناسوبي برخووردار باشوند. افوزون بور ايون،
مقايسهي MoO₃با ساير مواد نشان ميدهد كه اين تركيب به دليل هزينهي كمتر، سهولت سونتز و حساسويت بوارزتر، گزينوهاي كارآمودتر
براي كاربردهاي صنعتي و محيطي است. بنابراين، پژوهش حاضر با اتخاذ رويكردي نيمهنظري متكي بر دادههواي تجربوي و تحليول رياضوي
تلاش كرده است پلي ميان مطالعات آزمايشگاهي و نظري ايجاد كند و چشماندازي روشن براي توسعه حسگرهاي اپتيكوي نووين مبتنوي بور
اكسيد موليبدن ترسيم نمايد.
چكيده انگليسي :
In recent years, growing attention has been paid to metal oxide nanostructures at
the nanoscale due to their unique properties at this level. One of the most important
applications of such materials is sensing. Among different sensing fields, gas sensing—
particularly hydrogen sensing—is of special importance, since hydrogen is considered a
clean and renewable fuel while at the same time being highly explosive. Among the
various types of hydrogen gas sensors, optical sensors, which detect changes in optical
properties, have attracted considerable attention due to their simple and safe operation.
In this context, molybdenum trioxide (MoO₃), owing to its unique structural, physical, and
chemical characteristics such as a wide optical band gap and tunable optical peaks, is
regarded as one of the most promising candidates for such sensors.
Despite extensive research in this field, a missing link in many studies has been
the investigation of the mechanisms underlying the optical absorption spectrum of this
material. This aspect is crucial since understanding these mechanisms can help
researchers select optimal strategies to improve key sensor properties such as selectivity,
reproducibility, and detection accuracy.
In this dissertation, in addition to presenting a collection of the most relevant
theories concerning the optical absorption spectrum, an appropriate fitting function has
been chosen for the experimental data of reduced molybdenum oxide subjected to
hydrogen exposure at different concentrations. Subsequently, parameters such as peak
intensity and peak position have been analyzed.
Ultimately, this study aims to demonstrate that molybdenum oxide, due to its
distinctive electronic structure, ability to form stable oxygen vacancies, and tunable
optical response, provides a suitable platform for the development of optical sensors.
Spectral data analysis reveals that the intensity and position of absorption peaks not only
reflect the structural and chemical changes of the material, but can also serve as
quantitative and qualitative indicators for detecting the presence and concentration of
various gases, especially hydrogen. Accordingly, it becomes possible to design sensors
with high accuracy and speed, while maintaining proper selectivity and stability.
Furthermore, a comparison of MoO₃ with other materials indicates that, owing to its
lower cost, ease of synthesis, and superior sensitivity, this compound is a more efficient
option for industrial and environmental applications.
Therefore, by adopting a semi-theoretical approach based on experimental data
and mathematical analysis, the present research attempts to bridge laboratory studies
with theoretical understanding and to outline a clear perspective for the advancement of
novel optical sensors based on molybdenum oxide.