Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ranjbar,Parviz Kameli
مهدی رنجبر (استاد راهنما) پرویز کاملی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Azam Hemati
اعظم همتی دهنوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Investigation of Chemochromic Properties of Nanostructured Tungsten Oxide
Tungsten oxide is an n-type semiconductor with wide band gap energy. This metal oxide has many applications such as electrochromic, photocatalyst and gas sensors. Among the various properties, chemochromic properties in the presence of hydrogen gas have much attention. Hydrogen is a colorless, odorless and tasteless gas. As a result, more attention is needed to be paid to hydrogen as a clean fuel in household and traortations applications. It is a highly flammable fuel with a wide combustion range of 4–75%. Therefore, detection and leakage control of this gas is a challenging subject. In the presence of hydrogen gas changes the optical properties of tungsten oxide thin films and the colure of layer convert from a traarent to an absorbing blue state. This property makes a good option the tungsten oxide films as optical hydrogen sensor. In this study, at first the peroxopolytungstic acid (P-PTA) sol was prepared according to the method of Kudo et al. Then, the traarent orange sol has been spin- coated on glass substrates. In order to study the effect of annealing temperature on different properties of samples, the as-prepared films were annealed at different temperatures 100, 200, 300 and 400 ?C. In order to deposit palladium nanoparticles on tungsten oxide surface, drops of a 0.2 g/l PdCl 2 solution were transferred to the surface of layers by hydrogen reduction. By this method, the samples were strongly and uniformly colored. Among the samples of different annealing temperature, the sample of 400 ?C was better considerably in gasochromic switching rate as well as coloring depth. Structural, chemical, surface morphology, optical and hydrophilic properties of layers is examined. Amorphous WO 3 structure is observed in X-ray Diffraction (XRD) patterns of dried gel and un-annealed films, However heat treatment at 400 ?C, 500 ?C results in formation of monoclinic WO 3 structure, respectively. By the Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were determined the chemical bonds of the samples. In order to study the morphology of the films surfaces, AFM was used. The result of this analysis showed that with increasing of annealing temperature increases the degree of crystallization. In order to study on the hydrophilicity property of layers, contact angle of water droplet with surface is measured by the contact angle measurement. The optical properties of layers were measured with a spectrophotometer (UV-Vis) at the spectral range 190–1100 nm. Keywords: Tungsten oxide, Sol-gel, Chemochromic properties, Palladium catalyst, Annealing temperature, Hydrogen reduction.
اکسید تنگستن یک نیمه رسانای نوع n با گاف انرژی پهن است. این اکسید فلزی خواص و کاربردهای بسیاری از جمله خاصیت الکتروکرومیک، فوتوکاتالیست و حسگر گازی دارد. از این بین خواص رنگزایی آن در حضور گاز هیدروژن بسیار مورد توجه می باشد. هیدروژن گازی بدون بو، رنگ و طعم است که مولکول این گاز بسیار سبک بوده و قابلیت نفوذ بالایی دارد. امروزه گاز هیدروژن به عنوان سوخت تمیز در مصارف خانگی، صنعت و خصوصاً بخش حمل و نقل بسیار مورد توجه است. آنچه استفاده از این گاز را مشکل ساز می نماید، قابلیت اشتعال زیاد آن در بازه 4-75% در ترکیب با هوا است. بنابراین آشکارسازی نشت این گاز برای جلوگیری از هرگونه اشتعال در صنعت امری مهم و ضروری است. خواص اپتیکی لایه های نازک اکسید تنگستن در معرض گاز هیدروژن تغییر کرده و ظاهر نسبتاً شفاف آنها به آبی تیره متمایل می گردد. این خاصیت، لایه های اکسید تنگستن را به عنوان حسگر اپتیکی گاز هیدروژن گزینه مناسبی می سازد. در این پژوهش ابتدا سل پروکسوپلی تنگستیک اسید به روش کودو ساخته شد. سپس سل نارنجی شفاف حاصل شده به روش دستگاه چرخان بر سطح زیرلایه شیشه لایه نشانی شد. به منظور بررسی تأثیر دمای بازپخت بر خواص مختلف لایه های بدست آمده، نمونه ها در دماهای 100، 200، 300و ?C 400 به مدت یک ساعت بازپخت شدند. به منظور حساس نمودن سطح لایه به گاز هیدروژن، از کاتالیست پالادیم استفاده شد. به این ترتیب که محلول PdCl 2 (g/lit 2/0) به روش احیای هیدروژنی به سطح لایه ها منتقل شد. در یک روش جدید به محض انتقال محلول PdCl 2 به سطح، نمونه ها در معرض گاز هیدروژن قرار گرفتند. با این روش نمونه های سل-ژل به شدت و به طور یکنواخت تیره شدند که از بین نمونه های مختلف، نمونه بازپخت شده در دمای ?C 400 پاسخ بهتری به گاز هیدروژن داشت. خواص مختلف ساختاری، شیمیایی،‌ مورفولوژی سطح، اپتیکی و آبدوستی لایه ها مورد بررسی قرار گرفت. طیف پراش پرتو ایکس (XRD) خواص ساختاری نمونه ها را مشخص نمود. مشاهده شد که ژل خشک شده و لایه اکسید تنگستن در ابتدا آمورف بوده و به ترتیب پس از بازپخت در دمای ?C 400 و ?C 500 فاز بلوری مونوکلینیک می یابند. خواص شیمیایی لایه ها از طریق آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR) مطالعه شد. نتایج این آنالیز نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، پیوندهای مربوط به مولکول های آب و گروه های هیدروکسیل از نمونه حذف خواهد شد،‌ در حالی که پیک های مربوط به پیوند اکسیژن با فلز تنگستن تغییر نکرده و تنها شدت برخی از آنها افزایش می یابد. مورفولوژی سطح لایه ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این آنالیز نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، کریستال های نانومتری بر سطح لایه ها تشکیل می شود و بنابراین درجه بلوری شدن لایه ها با افزایش دمای بازپخت، افزایش می یابد. خواص آبدوستی لایه ها از طریق دستگاه زاویه سنج مشخص گردید. نتایج نشان داد که با افزایش دمای بازپخت، زاویه قطره آب با سطح لایه کاهش و در نتیجه آبدوستی لایه ها افزایش می یابد. خواص اپتیکی لایه ها با دستگاه اسپکتروفوتومتر (UV-Vis) در محدوده nm 1100-190 اندازه گیری شدند. مشاهده شد که با افزایش دمای بازپخت، عبور لایه ها و همچنین انرژی گاف آنها کاهش می یابد. این امر به چگالش لایه ها و بلوری شدن آنها با افزایش دمای بازپخت نسبت داده شد. واژه های کلیدی: اکسید تنگستن، سل-ژل، خواص رنگزایی، کاتالیست پالادیوم، دمای بازپخت، احیای هیدروژنی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی