| Περίληψη |
Το οξείδιο ψευδαργύρου (ZnO) λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του, σε συνδυασμό με την πληθώρα των δομών στις οποίες αναπτύσσεται (νανο-ράβδοι/σύρματα/σωματίδια), συγκαταλέγεται στα σημαντικότερα υλικά της σύγχρονης τεχνολογίας.
Για την εφαρμογή των νανοδομών ΖnΟ στην τεχνολογία αισθητήρων, οι περισσότερες μελέτες χρησιμοποιούν ως παράμετρο αίσθησης την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού και τις μεταβολές της παρουσία αερίων. Σοβαρό μειονέκτημα των αισθητήρων αυτού του τύπου που καλούνται ηλεκτροχημικοί, αποτελεί η ανάγκη σύνδεσης, μέσω ηλεκτρικών επαφών, του αισθητήριου στοιχείου με το ηλεκτρικό κύκλωμα μετρήσεων, καθώς και η χρήση υψηλών θερμοκρασιών, οι οποίες κυμαίνονται από 200-400oC, για αποδοτικότερη λειτουργία.
Αντιθέτως, ο έλεγχος των οπτικών ιδιοτήτων των ημιαγώγιμων στοιχείων (διαπερατότητα, ανακλαστικότητα, φωταύγεια), οι οποίες επίσης μεταβάλλονται παρουσία εξωτερικού ερεθίσματος, αποτελεί μια ευέλικτη εναλλακτική για την ανίχνευση αερίων ουσιών, η οποία όμως έχει αξιοποιηθεί σε πολύ μικρή κλίμακα. Οι μεταβολές στις ιδιότητες αυτές είναι παρατηρήσιμες σε θερμοκρασία δωματίου, για την καταγραφή τους απαιτείται ελάχιστος πειραματικός εξοπλισμός, ενώ το αισθητήριο στοιχείο δεν υπόκειται σε κάποια μορφής επεξεργασία. Οι παράμετροι αυτές καθιστούν τους αντίστοιχους αισθητήρες πολύ ελκυστικές διατάξεις για την ανίχνευση αερίων.
Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η σύνθεση και μελέτη νανοδομών ZnO με σκοπό την ανάπτυξη οπτικών αισθητήρων αερίων χημικών ενώσεων, οι οποίοι αξιοποιούν τη χαρακτηριστική εκπομπή φωταύγειας (Photoluminescence-PL) του ημιαγωγού στο εγγύς υπεριώδες και λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου.
Για την επίτευξη αυτού του στόχου μελετήθηκε η εκπομπή φωταύγειας και η εξάρτηση της από την παρουσία ατμών αιθανόλης στον αέρα, σε συστήματα στα οποία το υλικό αίσθησης (ZnO) βρίσκεται, είτε σε μορφή οργανωμένων δομών (νανοράβδοι ZnO, ZnO NRs), είτε σε μορφή διεσπαρμένων σωματιδίων που συγκρατούνται από κατάλληλη μήτρα (polydimethylsiloxane-PDMS).
Αναφορικά με τη σύνθεση νανοράβδων προτείνεται μεθοδολογία, η οποία συνίσταται στην επιλεκτική εναπόθεση πρόδρομου στρώματος μεταλλικού ψευδαργύρου (Zn), όπου αναπτύσσονται νανοράβδοι ZnO με υδροχημική μέθοδο χρησιμοποιώντας αμμωνιακό υδατικό διάλυμα νιτρικού ψευδαργύρου (Zn(NO3)2). Πρόκειται για μια απλή και ευέλικτη διαδικασία που απαιτεί χαμηλές θερμοκρασίες (< 100oC) συμβατές με ποικίλα υποστρώματα, και η οποία λόγω των τεχνικών λέιζερ που αξιοποιεί για την ανάπτυξη της πρόδρομης επίστρωσης Zn, καθιστά δυνατή την εναπόθεση νανοράβδων ZnO, σε μορφή μικροδομημένων συστοιχιών (patterned growth) ή συνεχών επιστρώσεων, σε υποστρώματα με επίπεδη ή κυλινδρική γεωμετρία (οπτικές ίνες).
Η δημιουργία των πρόδρομων επιστρώσεων Zn, βασίζεται στην τεχνική απευθείας μεταφορά με λέιζερ (Laser Induced Forward Transfer- LIFT), για μικροδομημένες, επιστρώσεις και την τεχνική εναπόθεσης με παλμικό λέιζερ (Pulsed Laser Deposition-PLD) για συνεχείς επιστρώσεις.
|
Ανάπτυξη, ιδιότητες και εφαρμογές νανοδομών ZnO
