نوقشت في كلية العلوم رسالة طالب الماجستير أمير جواد فضل من قسم علوم الفيزياء الموسومة
“تصنيع وتوصيف أغشية رقيقة من (NiO)1-x (ZnO)x لتطبيقات المتحسس الغازي“
والتي جرت على القاعة الكبرى يوم الأحد 20/9/2020م.
وقال الباحث انه قام بتحضير مركبات من (NiO)1-x(ZnO)x بنسب مختلف من اوكسيد الزنك وذلك بمزج اوكسيد النيكل مع اوكسيد الزنك عالي النقاوة بنسب مختلفة ثم تلبيد المزيج في فرن عند درجة حرارة K 1273 درجة مئوية لمدة خمس ساعات. تم طحن وكبس المساحيق المحصلة على شكل اقراص. اذ تم تحضير اغشية رقيقة من (NiO)1-x(ZnO)x باستخدام طريقة الترسيب بالليزر النبضي 0.1Mعلى ارضيات مختلفة مثل الزجاج و رقائق السليكون.
واضاف انه تم فحص تركيب المركبات والاغشية المحضرة باستخدام حيود الاشعة السينية. فاظهر طيف الاشعة السينية ان كافة المركبات والاغشية المحضرة كانت ذات تركيب متعدد التبلور وان القمم كانت متطابقة مع الطور المكعبي والطور السداسي لأوكسيد النيكل واوكسيد الزنك عند المحتوى x=0.0 و x=1.0 على التوالي بينما كانت القمم متطابقة لكلا الطورين عند النسب الاخرى. معدل الحجم البلوري عند المستوي المفضل للنمو اظهر زيادة من 29.3 nm الى 32.4 nm عند زيادة محتوى اوكسيد الزنك في الاغشية المحضرة من x=0 الى 1.0 . وان معدل الحجم الحبيبي وخشونة السطح لاغشية (NiO)1-x(ZnO)x المحصلة من فحوصات مطياف القوى الذرية AFM اظهرت تغيرا غير منتظما. وقد بينت القياسات البصرية ان الاغشية المحضرة(NiO)1-x(ZnO)x ذات فجوة طاقة Egopt مباشرة يتراوح مقدارها بين 3.3 eV و 3.95 eV. أظهرت الثوابت البصرية وهي معامل الانكسار n ومعامل الخمودk ثابت العزل بجزئيه الحقيقي والخيالي تغيرا غير منتظما مع زيادة المحتوى من اوكسيد الزنك. فيما أظهرت قياسات التوصيلية المستمرة أن هناك آليتان انتقال وبالتالي طاقتي تنشيط Ea1 , Ea2 . وكانت قيم طاقتي التنشيط تزداد مع زيادة المحتوى من اوكسيد الزنك. كما اظهرت التوصيلية الكهربائية المستمرة سلوكا معاكسا لذلك. قياسات تاثير هول بينت أن كل اغشية (NiO)1-x(ZnO)x كانت من نوع n تتحول الى نوع p عند x=0.0 و x=0.6 . وان تركيز الحاملات الشحنة nH ازداد مرتبتين عشرية فيما هبطت التحركية μH مرتبتين عشرية مع زيادة محتوى اوكسيد الزنك من x=0 الى 1.0. وبينت قياسات التحسسية ان اعلى قيمة للتحسسية للخلايا (NiO)1-x(ZnO)x/c-Si المحضرة على قواعد من السليكون السالب لغاز NH3 كانت (251%) و (131%) وتم الحصول عليها عند المحتوى x=0.1 ,0.6 عند درجة حرارة الغرفة على التوالي . وان اقل زمن (استجابة 15.3 s) كان عند محتوى x=0.4 عند درجة حرارة تشغيل K 373. بينما كانت اعلى تحسسية للخلايا /c-Si (NiO)1-x(ZnO)x المحضرة لغاز NO2 كانت (60.98%) عند محتوى x=0.8 وعند درجة حرارة تشغيل 373K . فيما كان اسرع زمن استجابة 10.8 ثانية عند المحتوى x=0.4 وعند درجة حرارة تشغيل 373K .
وأوضح الطالب ان هدف العمل كان تحضير أغشية رقيقة من المواد (NiO)1-x(ZnO)xعلى الزجاج والسيليكون باستخدام PLD. و قياس الخواص التركيبية والكهربائية والبصرية للأغشية الرقيقة
(NiO)1-x(ZnO)x المحضرة على الزجاج. وتصنيع متحسس غازي من الأغشية الرقيقة المحضرة على السيليكون لاستشعار غازي NO2 و NH3 .
فيما بين الباحث ان اهم الاستنتاجات من بحثه تلخصت في ما يلي:
- طريقة الترسيب بالليزر النبضي أنتجت أغشية رقيقة (NiO)1-x(ZnO)x لجميع محتوى أكسيد الزنك.
- زيادة نسبة المنشطات من ZnO تؤدي إلى زيادة غير منتظمة في حجم البلورات.
- متوسط القطر ومتوسط الخشونة يتغيران بطريقة عكسية بزيادة محتوى أكسيد الزنك.
- يتم توصيل الأغشية الرقيقة المحضر (NiO)1-x(ZnO)x من خلال آليتين للنقل.
- زيادة محتوى أكسيد الزنك في الأغشية الرقيقة المحضرة (NiO)1-x(ZnO)x تعوض الحالات في فجوة النطاق مما يقلل بالتالي من كثافة المواد الحاملة وبالتالي يقلل من الموصلية ويزيد طاقات التنشيط للعينات المحضرة.
- أكسيد الزنك له تأثير أقل على نوع التوصيل للمادة المضيفة.
- أدت زيادة أكسيد الزنك إلى جعل الليزر النبضي يترسب أغشية رقيقة أكثر شفافية لنسبة محتوى منخفضة (x) خلال تحويل حافة الامتصاص إلى طاقات أعلى ثم يصبح أكثر تعتيمًا مع زيادة محتوى أكسيد الزنك.
- حساسية (NiO)1-x(ZnO)x / n-Si تجاه غاز الأمونيا تقل مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل بينما تزداد الحساسية مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل تجاه غاز ثاني أكسيد النيتروجين.
- حساسية (NiO)1-x(ZnO)x/c-Si تعتبر مختزلة لمستشعرات الغاز بدلاً من مستشعرات الغاز المؤكسدة.
- تنخفض الحساسية مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل لخلية حساسات المركبات ذات المحتوى المنخفض من ZnO والتي تتزايد الحساسية مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل لخلية حساسات المركبات ذات المحتوى العالي من ZnO.
- ارتباط جيد بين الحساسية وتبلور الأغشية الرقيقة المحضرة ..
يذكر ان الدراسة قد اجريت تحت اشراف مشترك من قبل الاستاذ المساعد الدكتور محمد عبدالحر كاظم من كلية العلوم جامعة كربلاء والاستاذ الدكتور بشرى عباس حسن من كلية العلوم جامعة بغداد وان لجنة المناقشة كانت مؤلفة من الاستاذ الدكتور ناهدة بخيت حسن من كلية الزهراوي الجامعة والاستاذ الدكتور غصون حميد محمد من كلية العلوم جامعة بغداد والاستاذ المساعد الدكتور ماجد حسين دويج من جامعة كربلاء كلية العلوم.
