SURFACE MODIFICATION OF ZINC OXIDE-BASED THIN FILMS FOR GAS SENSING APPLICATIONS
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
إنّ الهدف الأساس من هذه الدراسة هو تصميم متحسسات لديه القدرة على كشف وتحسس غاز الهيدروجين وذلك بتعديل سطح مادة أكسيد الخارصين بطريقتين جديدتين . الطريقة الأولى تمثلت بإضافة تراكيب نانوية البنية على أسطح أغشية رقيقة من مادة أكسيد الخارصين ، وهذه المعادن تشمل الفضة والذهب والبلاتين. تمت عملية إضافة المواد المعدنية نانوية البنية إلى أسطح رقائق أكسيد الخارصين من خلال ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى تم ترسيب طبقة رقيقة من مادة أكسيد الخارصين على زجاج باستخدام جهاز الترسيب بالرش المهبطي ،وفي الخطوة الثانية تم ترسيب طبقة رقيقة من أحد المعادن (فضة أو ذهب أو بلاتين) على سطح أكسيد الخارصين أيضاً باستخدام جهاز الترسيب بالرش المهبطي ، وفي الخطوة الأخيرة تم تحويل طبقة المعدن الرقيقة إلى تراكيب نانوية من خلال تسخين طبقة المعدن الرقيقة المترسبة على سطح أكسيد الخارصين عند درجات حرارة مختلفة ولفترات زمنية مختلفة. بعد عملية إنتاج الأغشية الرقيقة في كلتا الطريقتين تم فحصها باستخدام العديد من الأجهزة ، حيث تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية لدراسة الخصائص البلورية للمواد المنتجة ، كما تم استخدام المجهر الماسح الإلكتروني مجهر القوى الذرية لمعرفة شكل وأبعاد مادة أكسيد الخارصين و المواد النانوية المتكونة عليه. أما جهاز مطياف - الإلكترون الضوئي - فقد تم استخدامه لدراسة معرفة مكونات المواد المنتجة ، وتم أيضاً استخدام جهاز الامتصاص في الضوء المرئي وفوق البنفسجي لدراسة الخصائص البصرية للأغشية الرقيقة . أظهرت نتائج جهاز حيود الأشعة السينية للرقائق المنتجة بهذه الطريقة انتظام بلورات مادة أكسيد الخارصين في الاتجاه البلوري(002) كما تم ملاحظة وجود زيادة في حجم بلورات أكسيد الخارصين وزيادة في انحراف زاوية الحيود بزيادة درجة حرارة تسخين الرقائق . كما أظهرت صور المجهر الماسح الالكتروني تكون تراكيب نانوية من المعادن على أسطح جسيمات أكسيد الخارصين ووجدت الدراسة أن كثافة وحجم هذه التراكيب يتغير بتغير درجات الحرارة وزمن الترسيب أما جهاز مجهر القوة الذرية فقد أوضحت أن كلا من أكسيد الزنك والتراكيب النانوية على سطحه تكونت بشكل أعمدة نانوية أما جهاز الامتصاص في الضوء المرئي وفوق البنفسجي فقد وضح تغير في قيمة طاقة الفجوة بتغير درجة الحرارة. الطريقة الثانية التي استخدمت في تعديل سطح أكسيد الخارصين تمثلت في تغيير طبيعة سطح أكسيد الخارصين من خلال أكسدة مادة الخارصين المحضر بجهاز الرش المهبطي عند تراكيز منخفضة جدا للأكسجين ، تم حساب قيمها بناء على قوانين الديناميكا الحرارية. إنً عملية التحكم بتركيز الأكسجين تمت من خلال التحكم بكمية الهيدروجين وبخار الماء التي يتم إدخالها إلى فرن التسخين. أظهرت نتائج جهاز حيود الأشعة السينية تحول رقائق الخارصين إلى أكسيد الخارصين وذلك بتسخين هذه الرقائق عند درجة حرارة أعلى من 200 درجة مئوية عند تراكيز منخفضة من الأكسجين أما جهاز الماسح الإلكتروني فقد بين وجود فروقات واضحة في الطبيعة الشكلية لأسطح الرقائق التي تم تسخينها. تم في هذه الدراسة أيضاً استخدام الأغشية الرقيقة المنتجة بالطريقتين أعلاه لصناعة متحسسات غازية ، وتم التركيز في هذه الدراسة على غاز الهيدروجين وغاز ثاني أكسيد النيتروجين وغاز الأمونيا. نتائج هذه الدراسة أوضحت أن جميع الأغشية الرقيقة المنتجة قادرة على الكشف على غاز الهيدروجين ؛ إلا أن الأغشية الرقيقة لأكسيد الخارصين المعدل سطحه بتراكيب نانوية من مادة البلاتين أظهرت استجابة عالية حتى عند التراكيز المنخفضة جداً (حوالي جزء من بليون جزء) مقارنة بغيرها من الأغشية الرقيقة . تم في هذه الدراسة أيضاً دراسة تأثير درجة الحرارة في كفاءة تحسس غاز الهيدروجين ، وقد بينت الدراسة وجود علاقة قوية بين كفاءة التحسس ودرجة الحرارة ؛ ففي حين كانت درجة الحرارة الملائمة للكشف عن غاز الهيدروجين لأكسيد الخارصين المعدل سطحه بمادة الفضة و مادة الذهب 400 ° م كانت الحرارة المناسبة لتحسس نفس الغاز لأكسيد الخارصين المعدل بالبلاتين عند 300 º م. تم في هذه الدراسة أيضاً دراسة تأثير زمن ترسيب البلاتين على سطح أكسيد الخارصين (سمك طبقة البلاتين على سطح مادة أكسيد الخارصين) ؛ و وجدت الدراسة أن فاعلية الكشف تزداد كلما قل زمن الترسيب تم أيضاً مقارنة تحسس أكسيد الخارصين النقي المحضر بالطريقة الأولى مع أكسيد الخارصين المحضر بالطريقة الثانية ؛ و وجد أن زمن الاستجابة في الحالة الثانية (أكسيد الخارصين المحضر بأكسدة الخارصين في كميات قليلة من الأكسجين) أسرع.