نانو ساختار الکتریکی هیبریداسیون ( نانو لوله فی) و واکنش با گاز هیدروژن و فلوئور (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دانشجویِ دکترای تخصصی ( افشین رشید )
نکته : در ساختار الکتریکی هیبریداسیون (نانو لوله فی) واکنش با گاز هیدروژن و فلوئور، با وارد SP3 ،ساختار الکتریکی کردن هیبریداسیون نانولوله فی را به نیمه هادی تبدیل میکند.
این واکنشها بعضی اوقات باعث تخریب دیواره های نانو لوله ها میشوند و منجر به تشکیل کربن آمورف و یا ساختار های لایه ای گرافیتی میگردند. با هیدروژناسیون نانولوله تک دیواره، طبیعت نیمه هادی SWCNTs را در دمای اتاق افزایش میدهد. پلاسمای قوی و یا انجام واکنش در دمای بالا باعث حکاکی دیواره نانو لوله های فی میشود. که SWCNTs نیمه هادی آسیبی نمی بینند. بنابراین کنترل شرایط واکنش بسیار مهم است. در نانو لوله ها واکنش با پلاسمای متان باعث حذف SWCNTs فی بدون تخریب SWCNTs نیمه هادی میگردد. در روش استفاده از پلاسمای هیدروژن مالیم نانو مولکولی که در آن از پلاسمای هیدروژن برای تبدیل SWCNTs فی به SWCNTs نیمه هادی استفاده میشود و در این حالت دیواره های نانو لوله تخریب و حکاکی نمیشود. این واکنشها که در فاز گاز انجام میشود، باعث ساخت درجا و در مقیاس بالای TFTSو FETS با نانو لوله های نیمه هادی میشوند که برای تجاری نمودن تجهیزات با بازده بالا بر اساس نانو لوله ها بسیار مهم است. با انتخاب گازهای واکنشگر مناسب، این روش میتواند برای واکنشگری انتخابی با نانو لوله های نیمه هادی نیز به کار رود. با واکنش SWCNTsSO3 به عنوان تحت گاز خنثی در حضور گاز ؛گاز واکنشگر در داخل کوره در دمای C◦400 ،نانو لوله های نیمه هادی با گاز واکنش ترجیحاً میدهند. بعد از آن نانو لوله تا دمای C◦900 حرارت داده میشود تا نانو لوله های فی با نقص ساختاری بازیابی شوند. این فرآیند راه ساده ای برای غنی سازی نمونه نانولوله از نانو لوله های فی است. تولید انبوه نانو لوله های فی، با کنترل دقیقتر شرایط واکنش میتواند انجام شود و در نهایت به افزایش مقیاس تولید مصارف آن از جمله فیلمهای هادی و الکترودهای شفاف گردد.
به طور کلی براساس میزان واکنش، الکتروشیمی کوالانس انتخابی نانو لوله های فی میتواند به دو دسته تقسیم بندی شود:
۱_ اول اینکه نانو لوله های فی به نوعی نیمه هادی تبدیل شوند که باعث خاموش سازی نوع فی میگردد و دیگری حذف نانولوله های فی میباشد واکنش اول همراه با استقرار الکترونی و از دست رفتن تقارن است و یک فاصله ی انرژی در تراز فرمی نانولوله های فی ایجاد میکند.
۲_ واکنش دوم تمام سیستمهای مزدوج را به یک سری ترکیبات آروماتیک کوچکتر از طریق باز کردن پیوندهای C-C در ساختار نانو لوله تبدیل میکند. نتیجه ی نهایی هر دو حالت به دست آمدن نانو لوله های نیمه هادی است که برای ساخت تجهیزات نانو الکترونیک مناسب است.
در واکنشهای کوالانسی انتخابگر، غلظت واکنشگر همیشه مهم است. وقتی غلظت واکنشگر زیاد باشد، هر دو نوع نانو لوله تحت تأثیر واکنش قرار میگیرند. مثلاً در مورد FETS ،زیاد گرفتن غلظت واکنشگر، جریان Off را کم میکند و در نتیجه نسبت off/On تا بیش از 105 زیاد میشود. از سوی دیگر، واکنش شدید موبیلیتی را کم میکند که پارامتر مهم دیگری برای تجهیزات الکترونیکی است. بنابراین باید توازنی بین میزان پیشرفت واکنش و بازده نهایی تجهیزات باشد.
نتیجه گیری :
چندین اشکال در مورد روشهای کوالانس وجود دارد. اول از همه اینکه اغلب نانو لوله ها عاملدار میشود و در نتیجه ساختار الکترونیکی SWCNTs دچار نقص میشود. دوم اینکه در اثر واکنش شدید، خالصسازی محصول از کربن آمورف مشکل است. از همه مهمتر اینکه هیچ واکنش کوالانسی وجود ندارد که بعد از آن بتوان نانو لوله ی (m,n) را به صورت یکتائی خالص سازی نمود.
نویسنده: مهندس افشین رشید
دانشجویِ دکترایِ نانو _ میکرو الکترونیک در دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران
درباره این سایت