مهندسان متالورژی و مواد با استفاده از نانوذرات نیوبیم و افزودن آن به اکسید ایندیم قلع، موفق به سنتز و تولید الکترودهای هادی شفاف با قیمت ارزان و خواص نوری و الکتریکی مطلوب شدند.
تولید الکترودهای هادی شفاف در دانشگاه تهران
مهندسان متالورژی و مواد با استفاده از نانوذرات نیوبیم و افزودن آن به اکسید ایندیم قلع، موفق به سنتز و تولید الکترودهای هادی شفاف با قیمت ارزان و خواص نوری و الکتریکی مطلوب شدند. این محققان در مراحل سنتز این الکترود از روش سل-ژل استفاده نمودند.
سعید محمدی، کارشناسی ارشد مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران به عنوان یکی از محققان این پژوهش گفت: «هدف از انجام این تحقیق بررسی افزودن درصدهای مختلف عنصر نیوبیم با رویکردهای متفاوت به اکسید ایندیم قلع به روش سل ژل (لایه نشانی چرخشی) جهت سنتز الکترود هادی شفاف ارزان قیمت با بهینه خواص الکتریکی و نوری همراه با کیفیت پوشش مناسب است.»
در این پژوهش ابتدا پارامترهای موثر بر سنتز لایه‌های نازک اکسید ایندیم قلع که یکی از مهمترین مواد در حیطه الکترودهای شفاف هادی هستند، به روش سل – ژل لایه نشانی چرخشی مورد بررسی قرار گرفت. روش سل – ژل نسبت به روش‌های گازی و فیزیکی متداول دارای این مزیت است که می‌تواند علاوه‌بر همگنی ساختار و توزیع یکنواخت آلاینده‌ها منجربه کاهش چشمگیری در قیمت تمام شده محصول گردد. سپس اثر افزودن عنصر نیوبیم به عنوان آلاینده دوگانه به همراه قلع در ساختار اکسید ایندیم با سه رویکرد مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نیوبیم با ظرفیت بیشتر نسبت به قلع می‌تواند به عنوان دهنده الکترونی خوبی در ساختار عمل کند. همچنین نیوبیم در طول موج‌های مادون قرمز دارای مزیت جذب کمتر حاملان الکترون نسبت به عناصر دیگر است که این موضوع سبب افزایش محدوده شفافیت الکترودهای هادی و شفاف تا محدوده مادون قرمز می‌شود.
محمدی با اشاره به مراحل انجام این پژوهش افزود: «جهت بررسی اثر نیوبیم بر روی خواص الکتریکی و نوری لایه نازک اکسید ایندیم قلع، ابتدا سل ایندیم قلع تهیه شد. سپس محلول آلاینده نیوبیم به محلول اولیه افزوده شد تا سل نهایی اکسید ایندیم قلع نیوبیم به صورت بسیار شفاف بعدازهم زدن محلول حاصل شود. برای تهیه سل‌های حاوی درصدهای مختلف عنصر آلاینده نیوبیم، میزان این عنصر در هر سل تغییر داده شد تا سل‌های اکسید ایندیم قلع نیوبیم حاصل شود. جهت پوشش دهی، زیرلایه‌های شیشه‌ای سودا لایم ابتدا به‌وسیله‌ی شوینده شستشو داده شده و سپس با آب مقطر و اتانول التراسونیک شدند. سپس سل مورد نظر، بر روی زیرلایه نشانده شد. سپس لایه نشانده شده خشک شد. جهت بررسی تعداد لایه مناسب مراحل لایه نشانی جهت رسیدن به ضخامت مورد نظر تکرار شد. درانتها لایه‌های ایجاد شده تحت عملیات آنیل در دمای مناسب در هوا قرارگرفت.»
به گفته وی، سنتز لایه نازک نانوساختار با شفافیت بیش از ۸۵ درصد در محدوده نور مرئی، خواص الکتریکی مطلوب و کیفیت پوشش مناسب با استفاده از مزایای روش سل ژل لایه نشانی چرخشی به‌دست آمده است.
نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که افزودن نیوبیم در ساختار اکسید ایندیم قلع در نسبت بهینه باعث ۳۷% کاهش مقاومت الکتریکی، کاهش زبری سطح، کاهش اندازه دانه و بدون تغییر در شفافیت لایه نازک شده است. سنتز لایه نازک نانوساختار اکسید ایندیم قلع نیوبیم با بهینه خواص الکتریکی و نوری با کیفیت پوشش مناسب و قابل رقابت با الکترودهای هادی شفاف تولید شده با سایر روش‌ها با افزودن عنصر آلاینده نیوبیم در بهینه درصد اتمی از دیگر نتایج و ویژگی این تحقیقات بوده است.
سنتز الکترود هادی و شفاف با روش سل ژل و لایه نشانی چرخشی دارای مزیت عدم نیاز به تجهیزات گران قیمت، عدم نیاز به ایجاد خلا و توانایی ایجاد پوشش بر روی سطوح با شکل‌های پیچیده را نسبت به سایر روش‌های لایه نشانی دارا است.
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست سعید محمدی، دکتر حسین عبدی زاده و دکتر محمدرضا گل و بستان فرد از دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران صورت گرفته است، در مجله Ceramics International (جلد ۳۹، شماره ۴، ماه می‌سال ۲۰۱۳، صفحات ۴۳۹۱–۴۳۹۸) منتشرشده است.
