1-5- هدف از این پایاننامه…………………………………………………………………………………………………….. 4
فصل دوم: نانوفناوری
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 7
2-2- دستهبندی نانوساختارها………………………………………………………………………………………………… 8
2-2-1- فراوردههای نانوی یک بعدی………………………………………………………………………………. 8
2-2-2- فراوردههای نانوی دو بعدی………………………………………………………………………………… 9
2-2-3- فراوردههای نانوی سه بعدی………………………………………………………………………………. 9
2-3- تجهیزات شناسایی نانومواد……………………………………………………………………………………………. 9
2-3-1- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)……………………………………………………………….. 10
2-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)……………………………………………………………….. 12
2-3-2-1- بزرگنمایی………………………………………………………………………………………………… 12
2-3-2-2- آمادهسازی نمونه………………………………………………………………………………………. 12
2-3-3- میكروسكوپ روبشی تونل زنی(STM)……………………………………………………………….. 13
2-3-4- تولید و خواص اشعهی ایکس……………………………………………………………………………. 15
2-4- نانوسیمها……………………………………………………………………………………………………………………….. 17
2-4-1- انواع نانوسیمها……………………………………………………………………………………………………. 17
2-4-2- کاربرد نانوسیمها…………………………………………………………………………………………………. 18
عنوان صفحه
2-4-2-1- کاربردهای اپتیکی…………………………………………………………………………………….. 18
2-4-2-2- کاربردهای الکترونیکی……………………………………………………………………………… 19
2-4-2-3- کاربرد الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………. 19
2-4-2-4- کاربردهای مغناطیسی……………………………………………………………………………… 19
2-4-2-5- کابردهای حسگری……………………………………………………………………………………. 20
فصل سوم:خواص الکتریکی مواد کپهای و محدود شده
3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 22
3-2- ساختار فضایی جامدات و شبکههای بلوری…………………………………………………………………. 22
3-3- مواد نیمههادی………………………………………………………………………………………………………………. 23
3-3-1- الگوی نوار انرژی نیمههادیها……………………………………………………………………………. 23
3-4- برخی از خواص و تعاریف در حوزهی رسانش مواد بالک…………………………………………… 24
3-4-1- خلوص………………………………………………………………………………………………………………….. 24
3-4-2- حاملها………………………………………………………………………………………………………………… 24
3-4-3- جرم موثر……………………………………………………………………………………………………………… 25
3-4-4- مسافت آزاد میانگین…………………………………………………………………………………………… 25
3-4-5- سطح فرمی و پارامترهای مرتبط با آن……………………………………………………………… 26
3-4-6- چگالی حالات سیستم………………………………………………………………………………………… 27
3-4-7- مقاومت الکتریکی………………………………………………………………………………………………… 28
3-4-7-1- علت مقاومت……………………………………………………………………………………………… 29
3-4-7-1-1- در فلزات…………………………………………………………………………………………. 29
3-4-7-1-2- در نیمههادیها و عایقها……………………………………………………………… 29
3-4-7-1-3- در مایعات یونی/الکترولیتها…………………………………………………………. 30
3-5- برخی از خواص و تعاریف در حوزهی رسانش در مواد با مقیاس ریز………………………… 30
3-5-1- چگالی حالات سیستمهای نانومقیاس………………………………………………………………. 30
3-5-2- مقاومت در مقیاسهای ریز…………………………………………………………………………………. 31
3-5-3- رسانش در سیمهای ریز…………………………………………………………………………………….. 32
3-5-3-1- رسانش در نانوسیمها در ناحیهی با اثرات کوانتمی………………………………. 32
3-5-3-2- پیشینهی محاسبهی رسانندگی در ابعاد ریز نزدیک به
مسافت آزاد میانگین……………………………………………………………………………………………………… 33
عنوان صفحه
3-5-3-3- رسانش در نانوسیمهای بسبلور با ابعاد نزدیک
به مسافت آزاد میانگین……………………………………………………………………………………………….. 34
3-5-3-4- اندازهگیری تجربی مقاومت ویژهی نانوسیم طلا…………………………………….. 36
3-5-3-5- محاسبات نظری مقاومت ویژهی نانوسیمها…………………………………………….. 37
3-5-3-6- محاسبات تئوری مقاومت ویژهی نانوسیم طلا……………………………………….. 39
3-5-4- نانوسیمهای نیمههادی……………………………………………………………………………………….. 41
3-5-4-1- نانوسیم ZnO……………………………………………………………………………………………. 42
فصل چهارم: نانوحفره و کاربردهای آن
4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 44
4-2- آندایز آلومینیوم……………………………………………………………………………………………………………… 45
4-3- انواع فیلم اکسیدی آندیک……………………………………………………………………………………………. 45
4-4- ساختار کلی آلومینای آندیک متخلخل………………………………………………………………………… 46
4-5-سینتیک ساخت آلومینای آندیک متخلخل خود نظم یافته……………………………………….. 47
4-5-1- آندایز در رژیمهای جریان ثابت و پتانسیل ثابت………………………………………………. 47
4-5-2- نرخ رشد و انحلال فیلم اکسیدی………………………………………………………………………. 49
4-5-3- آندایز به روش سخت و نرم……………………………………………………………………………….. 50
4-5-4- آندایز پالسی آلومینیوم……………………………………………………………………………………….. 52
4-6- مکانیسم رشد فیلم متخلخل در حضور میدان……………………………………………………………. 54
4-7- رشد حالت پایدار آلومینای متخلخل……………………………………………………………………………. 56
4-8- قطر حفره……………………………………………………………………………………………………………………….. 57
4-9- فاصلهی بین حفرهای…………………………………………………………………………………………………….. 58
4-10- ضخامت دیواره…………………………………………………………………………………………………………….. 59
4-11- ضخامت لایهی سدی………………………………………………………………………………………………….. 60
4-12- تخلخل…………………………………………………………………………………………………………………………. 60
4-13- چگالی حفره………………………………………………………………………………………………………………… 61
4-14- رشد خود شکلیافته و رشد با الگو هدایت شده ی آلومینای متخلخل با
نظم بالا …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 62
4-15- آندایز دو طرفه…………………………………………………………………………………………………………….. 65
4-16- بهم زدن محلول حین آندایز……………………………………………………………………………………… 66
عنوان صفحه
4-17- مراحل پیش آندایز……………………………………………………………………………………………………… 66
4-17-1- چربیزدایی نمونه…………………………………………………………………………………………….. 66
4-17-2- آنیل کردن نمونه……………………………………………………………………………………………… 67
4-17-3- پالیش کردن نمونه…………………………………………………………………………………………… 67
4-18- مقاومت لایهی سدی…………………………………………………………………………………………………… 68
4-19- مراحل پس از آندایز…………………………………………………………………………………………………… 68
4-19-1- حل کردن آلومینیوم پشت نمونه……………………………………………………………………. 68
4-19-2- برداشتن لایهی سدی………………………………………………………………………………………. 69
4-19-3- نازکسازی لایهی سدی…………………………………………………………………………………… 70
4-20- ساخت نانوساختارها بهکمک قالب AAO………………………………………………………………… 70
4-20-1- نانونقاط، نانوسیمها و نانولولههای اکسید فلز……………………………………………………….. 72
فصل پنجم: روشهای تولید نانوساختارها
5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 74
5-2- فرایند لیتوگرافی و محدودیتها…………………………………………………………………………………… 74
5-3- روشهای غیرلیتوگرافی………………………………………………………………………………………………… 75
5-3-1- انباشت بخار فیزیکی(PVD)………………………………………………………………………………. 76
5-3-1- 1- کند و پاش………………………………………………………………………………………………. 76
5-3-1-2- تبخیر پرتوی الکترونی……………………………………………………………………………… 76
5-3-2- انباشت بخار شیمیایی(CVD)…………………………………………………………………………… 77
5-3-3- انباشت سل-ژل…………………………………………………………………………………………………… 77
5-3-4- انباشت الکتروفورتیک (EPD)……………………………………………………………………………. 77
5-3-5- انباشت الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………….. 78
5-3-6- انباشت لیزر پالسی (PLD)………………………………………………………………………………… 78
5-4- روشهای ساخت آرایهای از نانوسیمها………………………………………………………………………… 79
5-4-1- اصول کلی انباشت الکتروشیمیایی……………………………………………………………………. 79
5-4-2- روشهای مختلف الکتروانباشت…………………………………………………………………………. 80
5-4-2-1- آندایز با ولتاژ مستقیم……………………………………………………………………………… 81
5-4-2-2- انباشت با ولتاژ تناوبی………………………………………………………………………………. 81
5-4-2-3- انباشت با ولتاژ پالسی………………………………………………………………………………. 83
عنوان صفحه
5-4-3- شرایط تاثیر گزار بر الکتروانباشت……………………………………………………………………… 84
5-4-4- الکتروانباشت آرایههای نانوسیم چندلایه………………………………………………………….. 85
5-4-5- الکتروانباشت نانوسیمهای نیمههادی………………………………………………………………… 86
فصل ششم: روش کار
6-1- تهیهی نمونهها بعنوان قالب ………………………………………………………………………………………… 88
6-1-1- مراحل پیش آندایز……………………………………………………………………………………………… 88
6-1-1-1- انتخاب نمونهی اولیه………………………………………………………………………………… 88
6-1-1-2- تمیز کردن نمونه……………………………………………………………………………………… 89
6-1-1-3- بازپخت نمونه……………………………………………………………………………………………. 89
6-1-1-4- پالیش کردن نمونه…………………………………………………………………………………… 89
6-1-2- آندایز نمونه………………………………………………………………………………………………………….. 92
6-1-2-1- سوار کردن نمونه……………………………………………………………………………………… 93
6-1-2-2- خنک کردن نمونه……………………………………………………………………………………. 93
6-1-2-3- آندایز در V130………………………………………………………………………………………. 94
6-1-2-4- آندایز در v86………………………………………………………………………………………….. 95
6-1-2-5- حل کردن آلومینا……………………………………………………………………………………… 95
6-1-2-6- آندایز در 104 و v8/68………………………………………………………………………… 96
6-1-3- مراحل پس از آندایز…………………………………………………………………………………………… 96
6-1-3-1- نازکسازی نمونه………………………………………………………………………………………………….. 99
6-1-3-2- گشاد کردن حفرهها………………………………………………………………………………….. 99
6-1-3-3- حل کردن لایهی آلومینیوم…………………………………………………………………….. 100
6-1-3-4- باز کردن ته حفرهها…………………………………………………………………………………. 100
6-2- انباشت در قالب……………………………………………………………………………………………………………… 100
6-2-1- الکتروانباشت به روش مستقیم………………………………………………………………………….. 100
6-2-1-1- آمادهسازی نمونه جهت انباشت مستقیم……………………………………………….. 100
6-2-1-2- روش کار……………………………………………………………………………………………………. 102
6-2-2- الکتروانباشت به روش تناوبی…………………………………………………………………………….. 102
6-2-2-1- آمادهسازی نمونه جهت انباشت تناوبی…………………………………………………… 103
6-2-2-2- روش کار……………………………………………………………………………………………………. 103
عنوان صفحه
6-2-2-2-1- الکتروانباشت نانوسیمهای Sn………………………………………………………. 104
6-2-2-2-2- الکتروانباشت نانوسیمهای Zn………………………………………………………. 106
6-2-2-2-3- الکتروانباشت نانوسیمهای نقره…………………………………………………….. 109
6-2-2-2-4- الکتروانباشت نانوسیمهای Ag/Zn ……………………………………………… 111
6-2-3- الکتروانباشت به روش پالسی……………………………………………………………………………… 113
6-2-3-1- آمادهسازی نمونه جهت انباشت پالسی…………………………………………………… 113
6-2-3-2- روش کار…………………………………………………………………………………………………… 113
6-2-3-2-1- الکتروانباشت پالسی نانوسیمهای Zn…………………………………………… 113
6-3- آمادهسازی نمونهها جهت تهیهی تصویر SEM ……………………………………………………. 116
6-4- آمادهسازی نمونهها جهت تهیهی تصویر XRD…………………………………………………….. 117
6-5- اکسید کردن نمونهها……………………………………………………………………………………………….. 118
6-6- مقاومتسنجی نمونهها…………………………………………………………………………………………….. 120
6-6-1- مقاومتسنجی بدون انحلال لایهی سدی…………………………………………………………. 120
6-6-2- مقاومتسنجی با انحلال لایهی سدی از روی کار…………………………………………….. 120
6-6-3- مقاومتسنجی با انحلال لایهی سدی از پشت کار…………………………………………… 121
6-7- تخمین مقدار مقاومت تقریبی تک نانوسیم Zn………………………………………………………….. 125
فصل هفتم: بحث و نتیجه گیری
بحث و نتیجهگیری……………………………………………………………………………………………………………………. 128
فهرست منابع و مأخذ………………………………………………………………………………………………………………… 131
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول (2-1) روشهای رایج تولید نانومواد……………………………………………………………………………….. 8
جدول (3-1) نیمههادیهایی که امروزه مورد استفاده قرار میگیرند……………………………………… 23
جدول (3-2) مقاومت ویژهی تقریبی مواد مختلف…………………………………………………………………….. 30
جدول (3-3) انرژی جنبشی و چگالی حالات برای ابعاد مختلف مواد نیمههادی………………….. 30
جدول (6-1) آندایزهای انجام گرفته با اهداف انباشتی و شرایط آنها…………………………………… 91
جدول (6-2) شرایط ولتاژ و فرکانس در آزمایشهای انباشت –آندایز انجام شده
در آزمایشگاه برای انباشت قلع…………………………………………………………………………………………………….. 104
یک مطلب دیگر :
جدول (6-3) خلاصهای از آزمایشهای انجام شده جهت تشکیل نانوسیمهای Zn و
شرایط آندایز و انباشت آنها………………………………………………………………………………………………………… 107
جدول (6-4) مقاومت دوسر نمونههای انباشتی با روکش طلا قبل و بعد از اکسایش…………… 123
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل (2-1) اساس كار میكروسكوپ الکترونی عبوری……………………………………………………………… 11
شکل (2-2) نمایی کلی از اجزای اصلی میکروسکوپ الکترونی روبشی………………………………….. 13
شکل (3-1) چگالی حالات برحسب انرژی الکترونها برای سیستم سه بعدی………………………. 28
شکل (3-2) نمایشی از ابعاد مواد نیمههادی و نمودارهای چگالی حالات آنها…………………….. 31
شکل (3-3) تشریح تفاوت بین پراکندگی آینهای و پخشی سطح. ………………………………………… 35
سشکل (3-4) توضیح منشاء پراکندگی مرز-دانه……………………………………………………………………… 36
شکل (3-5) نمودار اندازهگیری شده بصورت تجربی از وابستگی مقاومت ویژه
به عرض سیم ………………………………………………………………………………………………………………………………… 37
شکل (3-6) نمودار محاسبه شده از وابستگی مقاومت ویژه به عرض سیم بر پایهی
پراکندگی سطح FS ……………………………………………………………………………………………………………………… 39
شکل (4-1) (الف) ساختار آلومینای آندایز شدهی متخلخل …………………………………………………… 46
شکل (4-2) (الف) نمودار رشد اکسید متخلخل در رژیم جریان ثابت (ب) رژیم
پتانسیل ثابت (پ) مراحل جوانهزنی و رشد حفرهها در دو رژیم……………………………………………….. 48
شکل (4-3) نمودار رویهم افتادن فرایندهای رخ داده در طول رشد اکسید متخلخل
تحت رژیم آندایز پتانسیل ثابت……………………………………………………………………………………………………. 49
شکل (4-4) (الف) طرح پالس استفاده شده در آندایز پالسی با پتانسیلهای UMA
دنبال شده با UHA در مدت زمانهایMA ז و HAז ………………………………………………………………………… 53
شکل (4-5) نمودار الگووار توزیع جریان در شروع و گسترش رشد حفرهها بر
آلومینای آندایزی……………………………………………………………………………………………………………………………. 55
شکل (4-6) نمایی از حرکت یونها و انحلال اکسید در محلول سولفوریک اسید…………………. 57
شکل (4-7) الف) نمونهی اولیهی AL قبل از الکترپالیش ……………………………………………………… 63
شکل (4-8) نمایشی از الگودهی سطح آلومینیوم با استفاده از یک الگوی خارجی………………. 64
شکل (4-9) تصویر SEM از (a) قالب AAO با الگوی دایرهای ……………………………………………… 64
عنوان صفحه
شکل (4-10) نمایش الگووار مراحل تشکیل ساختار ساندویچی
PAA/AL2O3/PAA …………………………………………………………………………………………………………………… 65
شکل (4-11) نمایش طرحواری از تولید مواد نانوساختار با استفاده از آلومینای
آندیک متخلخل ……………………………………………………………………………………………………………………………… 71
شکل (5-1) منحنی جریان لحظهای فرایند الکتروانباشت و مراحل مکانیسم رشد
نانوسیمها. ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 81
شکل (5-2) مراحل تهیهی آرایهای از نانوسیمها از طریق الکتروانباشت مستقیم…………………. 82
شکل (5-3) نمایش دو نوع پالس مربعی و سینوسی برای الکتروانباشت شیمیایی……………….. 84
شکل (5-4) نمایی از مراحل تهیهی نانوسیمهای سولفیدی با استفاده
از قالب آلومینای آندیک متخلخل و روش انباشت الکتروشیمیایی متناوب………………………………. 86
شکل (6-1) دستگاه پانج موجود در آزمایشگاه لایهنشانی جهت برش ورقهی
آلومینیوم به شکل قرصهایی با قطر cm2/1…………………………………………………………………………….. 89
شکل (6-2) سمت راست قبل از سوار شدن فلنچ بر روی راکتور و سمت چپ
بعد از سوار شدن آن………………………………………………………………………………………………………………………. 90
شکل (6-3) نمودار پالیش یک قطعه آلومینیوم در محلول پرکلریک اسید و اتانول
به نسبت حجمی یک به چهار……………………………………………………………………………………………………… 91
شکل (6-4) (الف) چینش سیستم آندایز شامل منبع تغذیه، کسی، نمایشگر رایانه،
سیستم خنک کننده، سیمهای رابط و غیره ……………………………………………………………………………… 92
شکل (6-5) نمودار جریان، ولتاژ و بار برحسب زمان در آندایز با اسید اکسالیک M3/0
در v130……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 94
شکل (6-6) نمودار جریان، ولتاژ و بار برحسب زمان در آندایز با اکسالیک M4/0
و سولفوریک M02/0 در V130…………………………………………………………………………………………………. 94
شکل (6-7) نمودار جریان، ولتاژ و بار در آندایز با مخلوط اسید اکسالیک M05/0
و فسفریک M02/0 با ولتاژ V104 که تا مقدار بار حدود Q3 ادامه یافته است. ………………….. 95
شکل (6-8) الف) نمودار آندایز v130 و نازکسازی متعاقب تا v12 (نازکسازی از
حدود s1850 شروع شده است…………………………………………………………………………………………………… 97
شکل (6-9) دستگاه قابل برنامهریزی ولتاژ و فرکانس ac/dc مدل EC1000S
موجود در آزمایشگاه لایهنشانی……………………………………………………………………………………………………… 98
شکل (6-10) الف) نمونهی آندایز شده که بر واشر چسبیده شده
(از طرف سطح آندایزی) و واشر نیز به شیشه چسبیده است. ………………………………………………….. 101
عنوان صفحه
شکل (6-11) سیستم لایهنشانی چند منظورهی موجود در آزمایشگاه لایهنشانی
بخش فیزیک دانشگاه شیراز…………………………………………………………………………………………………………. 102
شکل (6-12) تصویر میکروسکوپی SEM از نانوسیمهای Sn بیرون زده از
حفرههای قالب آلومینای آندیک متخلخل…………………………………………………………………………………….. 105
شکل (6-13) تصویر XRD حاصل از قالب آلومینای متخلخل انباشته با نانوسیمهای
Sn با روش انباشت الکتروشیمیایی تناوبی………………………………………………………………………………….. 105
شکل (6-14) الگوی پراش XRD حاصل از قالب آلومینای آندیک متخلخل انباشته
با Zn به روش انباشت الکتروشیمیایی تناوبی. ………………………………………………………………………….. 106
شکل (6-15) سمت راست نمودار ولتاژ و جریان پالسی انباشت zn با پالسهای
نامتقارن پیوسته (v18-12) که موج آبی رنگ بار و شیب آن نماینده میزان نشست
میباشد. ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 108
