معرفی پایان‌نامه: ساخت حسگر براساس جذب شیمیایی بالا و فعالیت فتوکاتالیزوری ……

دانشجو: فرشته محمدی فتیده
استاد راهنما: دکتر محمدمهدی کاشانی مطلق
استاد راهنمای همکار: دکتر فریدون علیخانی حصاری
استاد مشاور: دکتر اصغر کاظم‌زاده
دانشگاه: علم و صنعت ایران– دانشکده شیمی
مقطع: کارشناسی ارشد
تاریخ شروع: خرداد ۱۳۸۴
تاریخ اتمام: اسفند ۱۳۸۵
 

حسگرهای نوری نیمه‌هادی، یکی از سیستم‌های کارامد برای کنترل کیفیت آب و
غلظت مواد آلی زیان‌آور موجود در پساب‌ها به شمار می‌روند. در این حسگرها
از روش‌های نوری به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. حسگرهای مینیاتوری از
فوتون برای برهمکنش با ماده مورد نظر آلی استفاده می‌کنند. فناوری ‌نانو در
این حسگرها مبنی بر جذب، شکست، انعکاس و ناپایداری نوری فوتون‌هاست. دی
اکسید تیتانیوم یک اکسید فلزی نیمه‌هادی است که به‌دلیل جذب شیمیایی و
خاصیت فتوکاتالیزوری بالایی که در ابعاد نانو دارد، برای این منظور مناسب
است.
در این تحقیق امکان ایجاد پوشش‌های سل- ژل دی اکسید تیتانیوم به روش پوشش‌دهی
غوطه‌وری بر روی پایه‌های کوارتزی و کاربرد این پوشش‌ها برای ساخت حسگر
مینیاتوری برای حذف آلودگی‌های پیرول آب با تکرارپذیری و بدون باقی گذاشتن
ضایعات، مورد بررسی قرار گرفته‌ است.
به‌منظور تشکیل سل پایدار TiO2پیش‌ماده‌های تیتانیوم تتراکلرید و محلول
آمونیاک در محیط آبی با نسبت استوکیومتری مخلوط شدند و سل پایدار و شفافی
به‌ دست آمد، همچنین برای ایجاد پایه مناسب در ساخت این حسگر از لایه‌نشانی
اکسید ایندیم- قلع(ITO ) بر بستر کوارتز به روش اسپاترینگ استفاده شد که
این زیرلایه به‌دلیل داشتن حامل‌های(الکترون) فراوان به‌عنوان یک الکترود
شفاف و رسانا به کار برده می‌شود. لایه‌نشانی سل TiO2 بر روی الکترود شیشه‌ای
و شفاف ITO به روش غوطه‌وری انجام گرفت. پوشش‌های حاصل پس از هر بار غوطه‌وری
در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد در آون(Oven) خشک شده، در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد
در کوره تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. عمل لایه‌نشانی پنج بار تکرار
گردید.
نتایج نشان داد که به این روش می‌توان در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد پوشش‌های
TiO2 را با اندازه بلورک کمتر از ۲۰ نانومتر در محیط اسیدی و قلیایی سنتز
نمود. مقایسه الگوهای XRD پوشش‌ها نشان دادند که درصد بالایی از فاز آناتاز
برای دی اکسید تیتانیوم در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد به دست آمده‌است که
این درصد برای پوشش‌های تشکیل‌شده در محیط اسیدی بالاتر است. تصاویر
میکروسکوپی پوشش نیز نشان داد که این پوشش‌ها از سطوحی با دانه‌های کروی و
به هم پیوسته تشکیل شده‌است؛ البته میزان پیوستگی سطوح در پوشش‌های اسیدی
بیشتر از پوشش‌های قلیایی است، همچنین تصاویر AFM نشان داد که ناهمواری سطح
در پوشش‌های قلیایی بالاتر از پوشش‌های اسیدی است و همین مقایسه دلیلی است
بر انتخاب پوشش‌های اسیدی برای ساخت حسگرهای نوری؛ زیرا کارایی حسگر را
افزایش داده، زمان حسگری را کاهش می‌دهد.
کاربرد این حسگرهای مینیاتوری دومنظوره در تشخیص و تخریب آلاینده‌های آلی
موجود در پساب‌های صنعتی همچون رنگ‌های آلی، فنل، کلروبنزن، پیرول و. . . و
تبدیل آنها به مواد بی‌ضرر برای طبیعت است که در این پروژه تخریب پیرول
مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با اسپکتروفتومتر UV-Vis و کروماتوگرام
GC بررسی شده‌است.
نتایج این کار تحقیقاتی به‌صورت مقاله‌ای در کنفرانس بین‌المللی فناوری‌نانو
سنگاپور و تهران، و دو مقاله در سمینارهای داخلی ارائه شده و مراحل پایانی
ثبت اختراع آن نیز در حال انجام است.