Synthesis and Applications of zno

1. ‫روی‬ ‫اکسید‬ ‫ذرات‬ ‫نانو‬(zno)
‫نانوالکترونیک‬ ‫درس‬
‫درس‬ ‫استاد‬:‫کردرستمی‬ ‫دکتر‬
‫دهنده‬ ‫ارائه‬:‫ریاحی‬ ‫هادی‬
1

2. ‫فهرست‬
‫تاریخچه‬
‫مقدمه‬
‫ساختارملکولی‬zno
‫نانوذرات‬ ‫های‬ ‫ویژگی‬zno
‫کاربردها‬
‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬ ‫روشهای‬zno
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
2

3. ‫روی‬ ‫اکسید‬ ‫تاریخچه‬
‫برای‬‫اولین‬‫بار‬‫اکسید‬‫روی‬‫توسط‬،‫‌ها‬‫ی‬‫روم‬‫دو‬‫هزار‬‫سال‬‫قبل‬‫از‬‫میالد‬‫تهیه‬‫شد‬.
‫سپس‬‫در‬‫قرن‬‫شانزده‬‫توسط‬،‫‌ها‬‫ی‬‫هند‬‫در‬‫قرن‬‫هفده‬‫در‬‫چین‬‫و‬‫در‬‫سال‬۱۸۵۰‫در‬‫اروپا‬‫سنتز‬‫شد‬.
‫در‬‫آغاز‬‫به‬‫عنوان‬‫آبرنگ‬‫و‬‫‌ساز‬‫ق‬‫رقی‬‫رنگها‬‫در‬‫نقاشی‬‫ودر‬‫سال‬۱۹۷۰‫از‬‫آن‬‫برای‬‫تهیه‬‫کاغذ‬‫فتوکپی‬‫و‬‫نیز‬‫بهبود‬‫کیفیت‬‫کاغ‬‫ذ‬
‫استفاده‬‫شد‬.
‫اخیرا‬‫اکثر‬‫تحقیقات‬،‫علمی‬‫بر‬‫روی‬ZnO‫به‬‫عنوان‬‫یک‬‫ماده‬‫نیمه‬،‫رسانا‬‫تمرکز‬‫یافته‬‫است‬.‫توجه‬‫و‬‫بررسی‬‫خواص‬‫نیمه‬
‫رسانایی‬ZnO‫در‬‫سال‬۱۹۱۲‫و‬‫همزمان‬‫با‬‫آغاز‬‫رشد‬‫نیمه‬،‫رساناها‬‫بعد‬‫از‬‫اختراع‬‫ترانزیستور‬‫آغاز‬‫شد‬.
‫در‬‫سال‬۱۹۶۰‫خواص‬‫پیزوالکتریکی‬‫بسیار‬‫جالبی‬‫از‬ZnO‫کشف‬،‫شد‬‫که‬‫منجر‬‫به‬‫اولین‬‫کاربرد‬‫الکترونیکی‬‫به‬‫عنوان‬‫الی‬‫ه‬
‫نازک‬‫در‬‫قطعات‬‫موج‬‫صوتی‬‫شد‬.‫از‬‫سال‬۱۹۹۰‫تحقیقات‬‫بر‬‫روی‬ZnO‫افزایش‬‫چشمگیری‬‫یافت‬.
3

4. ‫مقدمه‬
‫اکسید‬‫روی‬‫یک‬‫ماده‬‫معدنی‬‫است‬.
‫یک‬‫نیمه‬‫رسانا‬‫از‬‫گروه‬II-Vi‫هست‬.
Bandgap=3.3ev
‫انرژی‬‫باند‬‫گپ‬‫و‬‫اکسیتون‬‫باال‬‫باعث‬‫شده‬‫اکسید‬‫روی‬‫یک‬‫ماده‬‫تجاری‬‫وعلمی‬‫بسار‬‫مهم‬‫به‬‫حساب‬‫بیاید‬.
‫با‬‫سنتز‬‫نانوذرات‬‫اکسید‬‫روی‬‫توان‬‫می‬‫خواص‬‫این‬‫ماده‬‫را‬‫بهبود‬‫بخشید‬‫و‬‫کاربردهای‬‫بیشتری‬‫از‬‫آن‬‫ارایه‬‫داد‬.
‫نانوذرات‬‫اکسید‬‫روی‬‫کاربردهای‬‫فراوانی‬‫دارند‬‫از‬‫جمله‬‫در‬‫بیوسنسورها،سنسورهای‬‫گاز،وسایل‬‫صوتی‬‫و‬‫پیزوالکت‬‫ریکی‬‫وهمچنین‬
‫زمینه‬‫های‬‫پزشکی‬‫وکشاورزی‬.
‫روشهای‬‫متفاوتی‬‫برای‬‫سنتز‬‫اکسید‬‫روی‬‫وجود‬‫دارد‬‫که‬‫در‬‫این‬‫ارائه‬‫به‬‫توضیح‬‫سنتز‬‫به‬‫روش‬‫هیدروترمال‬‫پرداخت‬‫یم‬.
4

5. ‫روی‬ ‫اکسید‬ ‫ملکولی‬ ‫ساختار‬
‫کریستال‬‫اکسید‬‫روی‬‫یه‬‫ساختار‬‫شش‬‫ضلی‬‫دارد‬.‫در‬‫این‬‫ساختارهریون‬
‫منفی‬‫توسط‬‫چهار‬‫یون‬‫مثبت‬‫احاطه‬‫شده‬‫است‬.
5

6. ‫نانوذرات‬ ‫های‬ ‫ویژگی‬zno
‫این‌مواد‌دارای‌خواص‌فیزیکی‌شگفت‌انگیزی‌هستند‌،که‬‌‫ناشی‌از‌محدودیت‌مکانی‌است‬.‌‫این‌محدودید‌باعث‌‌افزایش‬band gap
‌‫میشود‌که‌با‌ازمایش‬photoluminence‫قابل‌اثبات‌است‬.
Density =5.6 g/cm3
Melting point = 2248K
Relative dielectric constant = 8.66
‌‫پایداری‌شیمیایی‬‫باال‬
‌‫فعالیت‌کاتالیزوری‬‫باال‬
‌‫نامحلول‌در‬‫آب‌والکل‬
6

7. ‫های‬ ‫ویژگی‬‫نانوذرات‬zno
‫جذب‬‫نورفرابنفش‬
‫نانوذرات‬‫اکسید‬‫روی‬‫شفاف‬‫هستند‬.
‫موبلیتی‬‫الکترون‬‫باال‬
‫اکسید‬‫روی‬‫یک‬‫نیم‬‫رسانا‬‫با‬‫بند‬‫گپ‬3.۲‫الکترون‬‫ولت‬‫مستقیم‬‫است‬.
‫انرژی‬‫پیوندی‬‫اکسیتون‬‫باال‬(66meV)
‫در‬‫نانوسیمهای‬‫اکسید‬‫روی‬‫الکترونهای‬‫ازادشده‬‫در‬‫اثر‬‫تابش‬‫نور‬‫تاثیر‬‫قابل‬‫مالحظه‬‫ای‬‫در‬‫رسانایی‬‫دارند‬.
‌‫دردمای‌اتاق‬luminescence‫باالیی‌دارند‬.
7

8. ‫نانوذرات‬ ‫های‬ ‫ویژگی‬zno
‫نقطه‬‫ایزوالکتریک‬‫باال‬(۹.۵)
‫نانوذرات‬‫اکسید‬‫روی‬‫دارای‬‫خواص‬‫ضد‬‫میکروبی‬‫هستند‬.
‫مکانیزم‬‫ضد‬‫باکتریایی‬‫نانوذرات‬zno:
۱-‫ابتدا‬‫اثر‬‫متقابل‬‫با‬‫سطح‬‫سلول‬‫باکتری‬‫باعث‬‫تغییر‬‫نفوذ‬‫پذیری‬‫غشا‬‫سلول‬
۲-‫ایجاد‬‫استرس‬‫درون‬‫سلول‬‫که‬‫باعث‬‫جلوگیری‬‫از‬‫رشد‬‫ودر‬‫نتیجه‬‫نابودی‬‫سلول‬‫میشود‬.
‫این‬‫نانوذرات‬‫به‬‫همین‬‫دلیل‬‫درصنایع‬‫برای‬‫نگهداری‬‫غذا‬‫وهمچنین‬‫محصوالت‬‫ضدعفونی‬‫کننده‬‫بسیار‬‫مورد‬‫استفاده‬‫قرار‬‫میگیرند‬.
8

9. ‫کاربردها‬
‌‫صنایع‬‌‫آرایشی‌و‬‫بهداشتی‌وهمچنین‌سرامیک‬‫،‌الستیک‌و‬…
‫زمینه‌های‌پزشکی‌برای‬‫تولید‌پانسمان‌های‌طبیعی‌به‌منظور‌درمان‌زخم‌ها‌نیز‌کاربرد‌دارد‬.
‌‫از‬‫آنها‌در‌تولید‌کرم‌های‌ضد‌آفتاب‌نیز‌استفاده‌می‌شود‬.
‫همچنین‌این‌نانوذرات‌به‌شکل‌وسیع‌در‌ساخت‌سنسورها‌،سلولهای‬
‫خورشیدی‌و‌وسایل‌پیزوالکتریکی‌کاربرد‌دارد‬.
9

10. ‫کاربردها‬
‫بیوسنسورها‬(‫نشانگر‌زیستی‌سرطان‬:)
‫سازگاری‌زیستی،سمی‌نبودن‌وهزینه‌ساخت‌پایین‌ونقطه‌ایزوالکتریک‌باال‌دلیل‌جذاب‌بودن‬zno np‌‫برای‌بیو‌سنسورها‬
‫میباشد‬.
‫در‌این‌بیوسنسور‌از‌کوانتوم‌دات‌اکسید‌روی‬
‫برای‌نشانگر‌الکتروشیمیایی‌و‌فلورسانس‌استفاده‌شده‬.
10

11. ‫کاربردها‬
‫سلولهای‌خورشیدی‌منعطف‌حساس‌شده‌به‌رنگ‬:
zno‫به‌دلیل‌موبیلیتی‌الکترون‌باال‌و‌ارزان‌بودن‌و‌همچنین‌شفاف‌بودن‌در‌این‌نوع‌از‬
‫سلولها‌کاربرد‌دارد‬.
11

12. ‫کاربردها‬
‫سنسورهای‌صوت‌سطحی‬:
‫پاسخ‌به‌تابش‌نور‌فرابنفش‌نانوذرات‌اکسید‌روی‌که‬
‌‫بر‌روی‌یک‌زیرالیه‌ی‬LiNbO3‫الیه‌نشانی‌شده‬
‫است‌،برای‌ساخت‌سنسورهای‌صوت‌سطحی‌مورد‬
‫استفاده‌قرار‌میگیرد‬.
12

13. ‫کاربردها‬
‌‫سنسورهای‌گاز‌فیبر‌نوری‬:
‌‫در‌این‌نوع‌سنسور‌وقتی‌چمبر‌درمعرض‌گازهای‬(‫استون،امونیاک‌واتانول‬)‫مختلف‌و‌همچنین‌غلظتهای‌متفاوت‌قرار‌میگیرد،‌نمودار‌طیف‌شدت‌برحسب‌طول‌مو‬‌‫ج‌تغییر‬
‫میکند‬:
S =
𝐼0−I
𝐼0
13

14. ‫کاربردها‬
14
‫اساس‌این‌کاربرد‌برتغییر‌نمودار‌شدت‌در‌اثر‌تغییر‌فشار‌گاز‌میباشد‬.

15. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫روش‌سنتز‌براساس‌افزایش‌دما‌در‌حالت‌جامد‬.
‫سنتز‌با‌استفاده‌از‌روشهای‌برپایه‌ی‌حل‌کردن‬:
.1‫هیدروترمال‬
.2Sol-gel
.3‫روش‌شیمیایی‬
.4...
15

16. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫روش‌هیدروترمال‬:
‫مزیت‌ها‬:
.1‫دقت‌باال‌درکنترل‌ویژگی‌های‌نانوذرات‌تولید‌شده‬
.2‫واکنش‌در‌دمای‌اتاق‬
.3‌‫هزینه‌بسیار‌پایین‬
.4‫وسایل‌ساده‌برای‌انجام‌فرایند‬
16

17. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫هیدروترمال‬ ‫روش‬:
۵۰‌‫میلی‌لیتر‌از‬(𝑍𝑛(𝑐𝐻3 𝑐𝑜𝑜)2.2𝐻2 𝑜)‌‫را‌محلول‌در‌اتانول‬‌‫را‌با‬۲۵‌‫میلی‌لیتر‬(NaoH)‌‫محلول‌دراتانول‌را‌‌مخلوط‌میکنیم‬.
‌‫تازمانی‌که‌محلول‬ph۸‌‫تا‬۱۱‫بدست‌اورد‌هم‌میزنیم‬‌.‫بعد‌محلول‌رو‌به‌ظرف‌مخصوص‌ضد‌زنگ‌و‌‌مهر‌وموم‌شده‌انتقال‌میدیم‬.
‌‫به‌مدا‬۶‌‫تا‬۱۲‌‫ساعت‌دردمای‬۱۰۰-۲۰۰‫درجه‌سانتی‌گراد‌نگه‌میداریم‬.
‫بعد‌اجازه‌میدیم‌خنک‌شود‌تا‌به‌دمای‌اتاق‌برسد‬.
‌‫سپس‌پودرهای‌سفید‌با‌متانول‌شسته‌میشوند‬.
‫وسپس‌در‌یک‌ازمایشگاه‬‫دردمای‬۶۰‫درجه‌سانتی‌گراد‬
‌‫خشک‬‫میشوند‬.
17

18. ‫سنتز‬‫نانوذرات‬zno
18

19. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‌‫پراش‌اشعه‬x:
.1‫مشخص‌کردن‌ساختار‬
.2Cu kα =1.5406 𝐴 𝑜
.3‌‫سایز‌متوسط‌ذرات‌را‌به‌کمک‌رابطه‬(scherrer)
.4‫بدست‌میاد‬:
.5D=
0.89λ
(βCosθ)
.6‫دمای‌واکنش‌برموفولوژی‌مواد‌تاثیر‌میگذارد‬.
19

20. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫مقایسه‌ابعاد‌ذرات‌و‬(FWHM):
20

21. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫باتغییر‌غلظت‌اغازگرهاسایز‌ذرات‌تشکیل‌شده‬
‫تغییر‌میکند‬.
21

22. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‌‫مقایسه‬(FWHM)‫وسایز‌ذرات‌با‌تغییر‬
‫غلظت‌آغازگرها‬.
22

23. ‫نانوذرات‬ ‫سنتز‬zno
‫تصویر‬‫میکروسکوپ‬‫انتقال‬‫الکترونی‬‫از‬
‫نانوذرات‬‫تشکیل‬‫شده‬‫با‬‫یک‬‫غلظت‬‫اغازگرثابت‬
‫ودمای‬‫مشخص‬‫وبعد‬‫ازگذشت‬‫شش‬‫ساعت‬.
23

24. ‫گیری‬ ‫نتیجه‬
‫نانوذرات‌اکسید‌روی‌دارای‌خواص‌منحصر‌به‌فرد‌وهمچنین‌کاربردهای‌بسیار‌متنوع‌در‌زمینه‌های‌متفاوت‌میباشد‬.
‫این‌نانوذرات‌رابه‌روشهای‌زیادی‌میتوان‌تولید‌کرد،‌اما‌روشهای‌شیمیایی‌از‌روشهای‌فیزیکی‌کاربرد‌ومزایای‌بیشتری‬‫دارند‬.
24

25. ‫منابع‬
P. M. Aneesh, K. A.Vanaja, M. K. Jayaraj*’’ Synthesis of ZnO nanoparticles by hydrothermal method’’2007
Sidra Sabir,Muhammad Arshad, and Sunbal Khalil Chaudhari‘’Zinc Oxide Nanoparticles for Revolutionizing Agriculture:Synthesis
and Applications’’ 21 July 2014;
WAQI AHMED NAJAM‘’Nano Materials Synthesis, Properties, Applications, etc.Zinc Oxide ( ZnO )’’2015;
XU ChunXiang1*, YANG Chi1, GU BaoXiang2 & FANG ShengJiang1‘’Nanostructured ZnO for biosensing applications’’2013;
Liang Zhang, Akinori Konno* ‘’ Development of Flexible Dye-sensitized Solar Cell Based on Pre-dyed Zinc Oxide Nanoparticle
‘’2017;
‘’ZnO nanoparticle surface acoustic wave UV sensor’’Venkata Chivukula,1,a Daumantas Ciplys,1,2 Michael Shur,1 and Partha
Dutta1,2013;
‘’Ethanol gas sensor based upon ZnO nanoparticles prepared by differenttechniques’’Sonik Bhatia a,⇑, Neha Verma a, R.K.
Bedi,2013
25

26. ‫منابع‬
‘’Development of glucose biosensor based on ZnO nanoparticles film glucose oxidase-immobilized eggshell membrane’’Bohari Noor Aini,
Shafiquzzaman Siddiquee ⇑, Kamaruzaman Ampon, Kenneth Francis Rodrigues,Saallah Suryani
‘’‫بررسی‬‫اکسید‬ ‫ذرات‬ ‫نانو‬ ‫اکسیتونی‬ ‫و‬ ‫فوتولومینسانس‬ ‫خواص‬‫روی‬’’‌‫المیرا‬‌‫صولتی،‌داود‬‫درانیان‬;1393,
‘’ A Glucose Biosensor Based on Nanographene and ZnO Nanoparticles Using FFT Continuous Cyclic Voltammetry ‘’Parviz Norouzi1,2,*,
Hamed Ganjali1, Bagher Larijani2,*, Mohammad Reza Ganjali1,2, Farnoush Faridbod2, Hassan Ali Zamani3 ,2011;
26