تصنيع أكاسيد المعادن النانوية كمتحسسات تلوث لبيئة نظيفة

الباحث

أحمد زيد عبدالله

المشرف

عدوية جمعة حيدر - آلاء عبدالجبار حسين

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / علوم وتكنولوجيا الليزر

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Metal Oxide Nanoparticles; Gas Sensor; Pollution; Laser Ablation

في هذه الدراسة، تم استخدام تقنية التنميش الكهروكيميائي الضوئي (PECE) لتحضير عينات من السيليكون المسامي (251) النوع المانح ذو مقاومية (15 أوم.سنتيمتر) وأتجاه بلوري (111) حيث تم تحضير المجموعة الأولى من العينات بكثافة تيارتنميش متغيرة (8:12:16220) ملي أمبير/ سنتمترمربع وبزمن تنميش وشدة أضاءة Guill ، بينما تم تحضير المجموعة الثانية بقيم شدة أضاءة متغيرة (10:15:20:25) ملي واط/سنتمتر مربع وبزمن تنميش وكثافة تيار تنميش ثابتين. تم تحسين أسطح السيليكون المسامية بترسيب غشاء التيتانيوم النقي والمشوب بالفضة بتراكيز مختلفة (0.5، 5 2.5(% باستخدام تقنية الترسيب بالليزر النبضي لتحسين أداء استشعار المتحسس للغازات الملوثة للبيئة. حيث تم فحص الخصائص الطوبوغرافية والتركيبية لسطح المتحسس المرسب علية ثنائي أوكسيد التيتانيوم النقي والمشوب بالفضة باستخدام Shem مجهر المسح الإلكتروني (SEM) ، والتحليل الطيفي المشتت للطاقة ،(EDS) وتحليل صور حيود الأشعة السينية Cus (XRD) أظهرت قياسات Lad (XRD) كبيرة تُعزى إلى السيليكون المسامي (PSI) وقمم لعنصر الفضة وتم ملاحظة قمم مميزة لثنائي أوكسيد التيتانيوم والتي تشير إلى تكوين بلورات الروتايل الرباعية الزوايا. كشفت صور الماسح الالكتروني أن طوبغرافية سطح السليكون المسامي هي عبارة عن هياكل مسامية و لوحظ ان زيادة قطر المسامات تتناسب مع زيادة قيم كثافة التيار وقيم شدة إضاءة الليزر المستخدمة في عملية التنميش. تؤكد صور الماسح الالكتروني (SEM) وتحليل (EDS) لغشاء ثنائي أوكسيد التيتانيوم النقي والمشوب بالفضة والمرسب على سطوح السليكون المسامي وجود نسب وأحجام وأشكال مختلفة من ثنائي أوكسيد التيتانيوم النقي والمشوب بالفضة حيث كان توزيع الجسيمات النانوية على شكل جسيمات مفردة و تكتلات حول المسامات وفي داخل المسامات أيضاً. تمت دراسة الخصائص التحسسية لمستشعرات الغازات الملوثة للبيئة حيث لوحظ تحسينات جيدة في التحسسية و زمن الاستجابة و زمن الاستعادة للمتحسس المصنع كجهاز استشعار لهذه الغازات بسبب المسامية العالية، المساحة السطحية الكبيرة، الحجم الصغير لهياكل السليكون المسامي المرسب عليها الغشاء الرقيق النقي والمشوب بالفضه الذي يعمل كمصائدة لجزيئات الغاز. حيث تم تعريض المتحسس لغازين مختلفين بتركيز 50 جزء في المليون لغاز كبريتات الهيدروجين ، وكذلك غازثنائي اوكسيدالنتروجين بتركيز 125 جزء في المليون. وتم إجراء الاختبار بدرجات حرارة تشغيل مختلفة تتراوح من درجة حرارة الغرفة إلى 200 درجة مئوية . وأظهرت النتائج التي تم الحصول عليها من خلال الدراسة والتي تتعلق بخصائص استشعار الغازات أن السليكون المسامي المعزز بثنائي أوكسيد التيتانيوم النقي و المشوب بالفضة يوفر أستشعاراً فعالًا للغازات المستخدمة H2S) و1102 ) حيث تم تحسينها للعمل في درجة حرارة الغرفة و بتقنية بسيطة نسبيّا وغير مكلفة. وأن اعلى تحسسية ظهرت هي لغاز 1/02 عند درجة حرارة الغرفة حيث بلغت 9093.

Photo electrochemical etching (PECE) technique was used to prepare porous silicon (PSi) samples from n-type silicon with (111) orientation. The first group of samples was prepared at different etching current density (8, 12, 16 and 20) mA/cm2 with fixed etching time and laser intensity, while the second group was prepared at different laser intensity (10, 15, 20 and 25) mA/cm2 with fixed etching time and current density. The porous silicon surface was modified by deposition of pure titanium and titanium doping with silver using pulsed laser deposition technique (PLD) to improve the gas sensing performance of these modified surfaces. Different silver concentrations of (0.5, 1.5, and 2.5) % were used. Morphological and structural features of the TiO2/PSi & TiO2:Ag/PSi nanostructures were investigated using scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD) analysis. The XRD measurements demonstrated a strong peaks which were attributed to the porous silicon PSi, silver element has been attributed to the cubic silver nanoparticles and the detected characteristic peaks of TiO2 which led to the formation of tetragonal TiO2 (Rutile) nanoparticles. SEM images revealed that PSi surface morphology were pore-like structures. An increase in the pore diameter was observed with the increase of the current density and the intensity of the laser illumination in the PECE process. Similarly, SEM images and EDS analysis of TiO2/PSi and TiO2:Ag/PSi nanostructures confirmed the presence of TiO2 and Ag elements with different proportions, sizes, and shapes. The nanoparticles of TiO2 and TiO2:Ag structures were distributed in the form of single particles and in agglomerations around and inside the pores. The sensitivity properties of gas sensors for TiO2/PSi and TiO2:Ag/PSi nanostructures were studied. It showed improvements in sensitivity, response time, and recovery time of porous silicon as gas sensors. This is because of the high porosity, large surface area, and the small size of the TiO2:Ag structure which acted as a captures of gas molecules. The prepared sensors sensing features, such as sensitivity, response, and recovery time, have been implemented for two gases which were reducing gas (H2S with 50 ppm concentration), and an oxidizing gas (NO2 at concentration of 125 ppm). The test was performed with different operation temperatures ranging from room temperature to 200°C. Finally, the results of this study, particularly those related to gas-sensing characteristics, demonstrated that PSi enhanced by the deposition of TiO2 pure and Ag doped TiO2 provided an efficient gas-sensing developed to operate at room temperature in a relatively simple technique and inexpensive methods, and that the highest sensitivity appeared to NO2 gas at room temperature, which amounted to 93%.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب