بررسی اثر غلظت وانادیوم بر خواص اپتیکی و الکتریکی لایه نازک نانو ساختار دی اکسید تیتانیوم تهیه شده به روش سل – ژل

در این پژوهش، لایه نازک دی اکسید تیتانیوم آلاییده شده با وانادیوم با غلظت­های مختلف ( ۵/۱،۰ و ۵ درصد وزنی) به روش سل-ژل بر روی زیرلایه­های شیشه­ای رسوب داده شد. خواص ساختاری، آنالیز عنصری، الکتریکی، اپتیکی و زبری سطح لایه­های نازک به ترتیب توسط روش­های XRD، DES، LCR meter، طیف سنجی UV-Vis  و AFM مورد مطالعه قرار گرفت.  نتایج الگوی XRD نشان داد که لایه­های نازک دارای ساختار پلی کریستالی تتراگونال و تک فاز آناتاز است. همچنین مشاهده می­شود، با افزایش غلظت وانادیوم  اندازه بلورینگی دی اکسید تیتانیم کاهش می­یابد؛ به­گونه­ای که اندازه متوسط بلورک­ها از ۱۷ نانومتر برای دی اکسید تیتانیم خالص به حدود ۷ نانومتر در حالت آلائیده شده (۱ درصد وزنی) کاهش یافته است. به­علاوه، هیچ فازی مربوط به اکسید وانادیم به علت جایگزینی وانادیم در موقعیت تیتانیم در ساختار دی اکسید تیتانیم تشکیل نشده است. همچنین تصویر FE-SEM از سطح مقطع لایه نازک دی اکسید تیتانیم الائیده شده نشان می­دهد که ضخامت لایه حدود ۵۳۶ نانومتر بوده و دانه­ها به­صورت پیوسته روی یکدیگر رشد کرده و ساختار پلی کریستالی را تشکیل داده­اند. رافنس لایه­های نازک دی اکسید تیتانیم خالص و آلائیده شده با وانادیوم حدود ۱۴/۳ نانومتر و ۸۷/۰ نانومتر اندازه گیری شد. مقاومت الکتریکی لایه­های نازک TiO۲ و آلاییده شده با ۵/۰، ۱ و۵  درصد وزنی به ترتیب مقادیر                    Ω cm ۱۰۷×۷/۱۶ ، Ω cm ۱۰۷×۷/۷ ، Ω cm ۱۰۷×۷/۱  و Ω cm ۱۰۷×۸/۱۲ به­دست آمد. علت افزایش مقاومت در ۵ درصد، کاهش موبیلیته با افزایش غلظت حامل­ها است. مقدار انرژی شکاف نوار با اضافه کردن وانادیم به دی اکسید تیتانیوم از eV ۷۱/۳ به eV ۴۴/۳ کاهش یافته و در نتیجه لبه جذب به طرف طول موج­های بلندتر جابجا شد.

کلیدواژه ها:

دی اکسید تیتانیوم ، وانادیوم ، خواص اپتیکی ، لایه نازک ، مقاومت الکتریکی