تولید نانولوله‌هایPZT به روش الکتروفورتیک در پژوهشگاه مواد و انرژی

دکتر بهره‌ور در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری‌نانو، اظهار
داشتند: “اکسیدهای فروالکتریک دارای اهمیت ویژه‌ای در علوم و مهندسی می‌باشند
زیرا خواص الکتریکی و اپتیکی آنها در پاسخ به تنش‌های مکانیکی، میدانهای
الکتریکی و الکترومغناطیسی بسیار بارز می‌باشد. ترکیب PZT یکی از مهمترین
اکسیدهای فروالکتریک است که چه به‌صورت توده‌ای و چه به‌صورت لایه نازک
کاربردهای فراوانی در ساخت قطعات الکترونیکی و اپتوالکترونیکی نظیر حسگرها،
تراگذارهای صوتی، حافظه‌های رام دینامیکی (DRAMS)، حافظه‌های غیر فرار (NVRAMS)،
سوئیچ‌های الکترواپتیکی، آشکارسازهای پیزوالکتریک، MEMS، NEMS و میکرو
بکاراندازها دارد. از میان نانوساختارهای مختلف، نانولوله‌ها علاوه‌بر کاهش
نواقص ساختاری نسبت به نانومیله‌ها، از سطح ویژه بیشتری برخوردار بوده و برای
ساخت حسگرها نیز مناسب هستند. ما در این پژوهش برای اولین بار توانستیم به کمک
روش الکتروفورزیس، نانولوله‌های یک ساختار اکسیدی چند مولفه‌ای را در قالب‌های
آلومینیوم آندایز شده، رشد دهیم. دیگران با این روش، فقط توانسته بودند که
نانومیله رشد دهند. امیدواریم در آینده بتوانیم خواص الکتریکی و اپتیکی آنها را
نیز اندازه بگیریم. صنعت الکترونیک میتواند از این نانوآرایه‌ها در ساخت نانو
قطعات، اسکنرهای پیزوالکتریک و مواد فوتونیکی با نوار ممنوعه قابل تنظیم
استفاده کند.”

ایشان در ادامه گفتگو و در تشریح نحوه انجام کار و نتایج حاصل افزودند: “این
پژوهش را می‌توان شامل سه مرحله اساسی دانست: ۱- ساخت قالب‌های نانومتخلخل
آلومینیایی ۲- تهیه سل پایدار با استوکیومتری مرز مورفوتروپیک PZT و انباشت برق
رانی به داخل تخلخل‌ها ۳- عملیات حرارتی و تشکیل فاز پرووسکایتPZT درون قالب.
قالبها از طریق آندیزه کردن دو مرحله‌ای فویل‌های آلومینیمی در یک سلول سرد و
الکترولیت اسید فسفریک تهیه شدند. از تنظیم ولتاژ و زمان آندایزینگ ثانویه،
برای کنترل طول و قطر کانالهای قالب استفاده نمودیم. سل پایدار شده از استات
سرب و پیش مواد ارگانومتالیک زیرکونیم وتیتانیم تهیه گردید. سل مورد نظر ابتدا
با روش انباشت برق رانیEPD (Electrophoretic deposition) به داخل قالب رانده
شد. سپس قالب پرشده تحت یک عملیات حرارتی دو مرحله‌ای خاص قرار گرفت تا بتوان
فاز پرووسکایت مطلوب را به دست آورد. اگرچه احتمال حضور فازهای نامطلوب فلوریت
(یا پایروکلر) نیز بسیار زیاد است. در پایان برای‌شناسائی و ارزیابی
نانولوله¬ها از روشهای آنالیز حرارتی، پراش اشعه X، آنالیز انرژی پاشیده اشعه X
(EDS)، SEM، TEM، AFM وIon beam milling استفاده نمودیم”.

این تحقیق با همکاری پرفسور هیچولد و دکتر شولتز از دانشگاه کمنیتز آلمان صورت
گرفته و در ایران ثبت اختراع شده است. ارزیابی‌های ما حاکی از آنست که در صورت
کسب تأییدیه و کمک مالی امکان ثبت بین‌المللی آن نیز وجود دارد.

جزئیات این پژوهش، در مجله Materials Letters (جلد ۶۲، صفحات ۳۳۴۹-۳۳۵۱، سال
۲۰۰۸) به چاپ رسیده است.