SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF NANO- STRUCTURE METAL OXIDES AND PEROXIDES PREPARED BY LASER ABLATION IN LIQUIDS

Abstract

تهدف هذة الدراسة الى إنتاج وفحص مواد نانوية البنية من أكسيد وفوق أكسيد الزنك وثنائي اكسيد القصدير بواسطة الإستئصال الليزري في السوائل وذلك بإرسال نبضات ليزرية من الأشعة فوق البنفسجية لليزر النادميوم ياج والذي يعمل عند الطول الموجي 355 نانو متر الى سطح معادن عالية النقاوة. لغرض انتاج اكسيد زنك نانوي البنية تم وضع عينة صلبة ونقية من معدن الزنك داخل انبوبة زجاجية تحتوي على ماء مقطربعد ذلك تم تشعيعة بشعاع ليزري لمدة 40 دقيقة و لغرض دراسة تأثير طاقة الليزر على خصائص المواد المنتجة تم تغيير طاقة نبضات اليزر كما يلي: (40-80-100) مللي جول/ نبضة بعد ذلك تم فحص العينات المنتجة عند هذة الطاقات بإستخدام عدة أجهزة حيث تم إستخدام جهاز حيود الأشعة السينية(XRD) لدراسة حجم حبيبات العينات المنتجة وابعاد خلايا الوحدة المرافقة لها ولقد اظهر أن كلاًً من حجم الحبيبات وأبعاد خلية الوحدة لم يتغير بتغير طاقة الليزر أما جهاز الماسح الالكتروني(SEM) فقد أظهر جسيمات نانوية مختلفة الشكل حيث تغير شكل الحبيبات من اسلاك نانوية عند الطاقات الواطئة الى جسيمات كروية عند الطاقات العالية. جهاز مطياف الالكترون الضوئي (XPS) تم استخدامة لدراسة مكونات الحبيبات المنتجة والذي بين وجود مركب اكسيد الزنك مع وجود زيادة في نسبة الزنك داخل المركب. أما طيف اللمعان الضوئي فقد أظهر وجود قمتين بارزتين الأولى تقع في منطقة الأشعة فوق البفسجية والتي فسرت على أنها ناتجة من إعادة إلتحام الأكترونات القادمة من منطقة التوصيل مع فجوات منطقة التكافؤ اما القمة الثانية والأضعف مقارنة مع القمة الاولى فقد وجدت في المنطقة البفسجية وفسرت على انها بسبب وجود ذرات الزنك الزائدة في المركب. ولغرض دراسة تاثير طبيعة السائل الموجود تم إضافة مواد خافضة للشد السطحي ( Surfactants) الى الماء المقطر وتم إرسال النبضات الليزرية لمدة 40 دقيقة ولقد أظهرت نتائج جهاز حيود الأشعة السينية ان جميع المركبات الناتجة هي اوكسيد زنك وان حجم الحبيبات قد تغير من 38 نانو متر في حالة الماء المقطر فقط الى 29 و17 نانو متر عند استخدام مادتي CTAB, OGM على التوالي. اما طيف اللمعان الضوئي فقد اوضح إختفاء قمة الإنبعاث في منطقة البنفسجية وظهور طيف واسع من الضوء المرئي والذي يمتد من المنطقة الصفراء حتى المنطقة الخضراء. تم في هذة الدراسة ايضا ً ولإول مرة إنتاج مادة بيرواكسيد الزنك بإستخدام طريقة الأستئصال الليزري في سائل يحتوي على 3 % من فوق اكسيد الهيدروجين وبحجم صغير جدا يصل الى 4 نانو متر كما تم ايضا ً انتاج هذة المادة ايضا في حالة وجود مواد خافضة للتوتر السطحي CTAB, OGM, SDS. بين جهز إنحراف الأشعة السينية وجود مركب بيرواكسيد الزنك في جميع العينات المحضرة كما بين ان حجم الحبيبات قد تناقص من 4.7 في حالة الماء المقطر الى 3.7 و 3.3 و 2.8 نانو متر عند استخدام مواد OGM, CTAB, SDS على التوالي. بين كلا ً من جهار الإمتصاص الضوئي وجهاز نفاذ الأشعة تحت الحمراء وجود إزاحة في الأطياف نحو الأطوال الموجية الأقل والذي يفسر غالبا على إنة بسبب خاصية النقاط الكمية. كما ان جهازطيف نفاذ الأشعة تحت الحمراء قد وضح وجود كميات قليلة جدا من المواد الخافضة للشد السطحي مترسبة فوق المادة النانوية المنتجة في حالة استخدام مادتي OGM , CTAB إلا إن هذا الترسب كان كبيرا ً وواضحا ً في حال إستخدام مادةSDS . هدفت هذة الدراسة ايضا الى التعرف على مدى تأثير درجة الحرارة على مادة بيرواكسيد الزنك المنتجة بإستخدام الإستصال الليزري حيث تم وضع 5 عينات من المادة في فرن كهربائي لمدة 8 ساعات وتم تغيير درجات الحرارة من 100 درجة مئوية الى 600 درجة مئوية. ولقد أظهرت النتائج ان مادة بيرواكسيد الزنك تحولت الى مادة اكسيد الزنك عند درجة حرارة 200 درجة مئوية من جهة اخرى وجد إنة بزيادة الحرارة من 200 الى 600 درجة مئوية فإن بعض الخصائص الفيزياية مثل ابعاد خلية الوحدة وطاقة الفجوة وحجم الحبيبات والخصائص الضوئية تتغير بتغير درجات الحرارة المطبقة على المادة فحجم الحبيبة مثلا تغير من 5 نانو متر الى 6, 9, 15, 19 نانو متر عند إستخدام درجات الحرارة 200, 300, 400, 500, 600 درجة مئوية على التوالي, اما قمم الانبعاث الضوئي فقد أزيحت بإتجاة الأطوال الموجية الأكبر بزيادة درجة الحرارة ولقد خلصنا الى ان سبب التغير في كل هذة الخواص الفيزيائية يعود الى التغير في ابعاد الحبيبة عندما تكون هذة الحبيبة في أبعاد النانو متر. هدفت هذة الدراسة ايضا َ الى إنتاج ثنائي اكسيد القصدير بإستخدام نبضات عالية الطاقة 190 مللي جول /نبضة من ليزر النادميوم ياج على معدن القصدير النقي المغموس داخل طبقة رقيقة من الماء ولقد أوضحت نتائج جهاز إنحراف الاشعة السينية(XRD) ان متوسط حجم الحبيبات المنتجة هو 3 نانو متر كما درست بقية الخصائص الضوئية بإستخدام اللمعان الضوئي (PL) وجهاز نفاذ الاشعة تحت الحمراء(FTIR).