پژوهشگران دانشگاه کاشان با استفاده از یک روش ساده، ارزان و قابل کنترل موفق به سنتز نانوذرات مس سلنید از یک منبع جدید سلنیوم، شدند. این نانوذرات می‌توانند در سلول‌های خورشیدی و فیلترهای نوری کاربرد گسترده‌ای داشته باشند.
دانشگاه کاشان: استفاده از مواد اولیه جدید جهت تولید نانوذرات مس سلنید
پژوهشگران دانشگاه کاشان با استفاده از یک روش ساده، ارزان و قابل کنترل موفق به سنتز نانوذرات مس سلنید از یک منبع جدید سلنیوم، شدند. این نانوذرات می‌توانند در سلول‌های خورشیدی و فیلترهای نوری کاربرد گسترده‌ای داشته باشند.
علاوه‌بر سنتز موفقیت آمیز این نانوذرات از یک منبع جدید، بررسی و تعیین شرایط بهینه‌ی مورد نیاز برای تهیه‌ی نانوساختارهای خالص با شکل، ساختار و فاز مناسب از دیگر دستاوردهای این تحقیق است.
نانوذرات مس سلنید نوعی نیمه‌هادی هستند که به علت خواص منحصربه‌فرد می‌توانند در سلول‌های خورشیدی، فیلترهای نوری و مواد سوپریونی به کار گرفته شوند. سوپریون‌ها موادی هستند که با افزایش دما به بیش از دمای بحرانی آن‌ها، در یک زمان نسبتاً کوتاه به یک ماده‌ی رسانا تبدیل می‌شوند. محققان دلیل این امر را حرکت سریع یون‌های این نوع مواد در دمای بالای دمای بحرانی خود گزارش کرده‌اند. از آنجایی که نانوذرات مس سلنید نیز جز این نوع موادهستند، محققان بسیاری به دنبال تولید این نانوذرات به کمک روش‌های مختلف از جمله سنتز فراصوت، آلیاژ‌سازی مکانیکی، سل-ژل و… هستند. روش هیدروترمال نیز یکی دیگر از این روش‌ها است که به علت ساده و ارزان بودن، در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق تلاش شده تا با استفاده از یک منبع جدید سلنیوم، نانوذرات مس سلنید سنتز گردد.
دکتر اعظم سبحانی، فوق دکتری شیمی معدنی از دانشگاه کاشان، در این باره توضیح داد: «در این کار تحقیقاتی نانوذرات مس سلنید با استفاده از روش هیدروترمال تهیه و شناسایی و شرایط بهینه‌ی تولید آن معرفی شده است. در این فرآیند ، از سلنیوم تتراکلرید به عنوان یک منبع جدید سلنیوم استفاده شده است».
سبحانی در ادامه افزود: «وقت‌گیر نبودن این روش، عدم نیاز به دستگاه‌های خاص و گران قیمت و همچنین شرایط به‌خصوص و سخت، بازده و خلوص بالای محصول، از جمله مزایای پروژه مورد نظر است. این درحالی است که نانوذرات تولیدی دارای خواص نوری قابل توجهی هستند. شایان ذکر است که هدف ما یافتن راهی آسان و قابل انجام برای تهیه‌ی نانوساختارهای نیمه‌هادی با اندازه‌ی مناسب، ساختار فازی خالص و از همه مهم‌تر محصولی با خواص نوری مطلوب بوده است».
در تهیه‌ی مس سلنیدها معمولاً از سلنیت سدیم (Na2SeO3) و پودر سلنیوم استفاده می‌شود. سلنیوم حاصل از کاهش یون SeO32- فعال‌تر از پودر سلنیوم است. هنگام استفاده از منبع سلنیت سدیم رسوب سلنیت مس تشکیل می‌شود که یون SeO32- به کندی از آن آزاد می‌گردد تا در مرحله بعد به سلنیوم کاهش یابد. این در حالی است که این منبع جدید (سلینیوم کلرید) به راحتی به سلینیوم با واکنش پذیری بالا کاهش یافته و در نهایت مس سلنید را تشکیل می‌دهد.
در این تحقیقات شرایط بهینه‌ی فرآیند از جمله دما، فشار، مقدار عوامل فعال سطحی، عامل احیا‌کننده و… معرفی شدند. هدف از معرفی این شرایط بهینه، دستیابی به محصولاتی با خلوص بالاتر و اندازه کوچک‌تر، شکل خاص با نظم بیش‌تر، ساختار پایدارتر و خواص نوری بهتر بوده است. خواص نوری با بررسی طیف‌های فوتولومینسانس مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که پیک‌های حداکثر انتشار در نمونه‌های مختلف نانوذرات تهیه شده با هم متفاوت است. این محققان تفاوت این پیک‌ها را به تفاوت در نسبت مولی مس به سلنیوم ارتباط داده‌اند.
علاوه‌بر سنتز موفقیت آمیز این نانوذرات از یک منبع جدید، بررسی و تعیین شرایط بهینه‌ی مورد نیاز برای تهیه‌ی نانوساختارهای خالص با شکل، ساختار و فاز مناسب از دیگر دستاوردهای این تحقیق است.
نانوذرات مس سلنید نوعی نیمه‌هادی هستند که به علت خواص منحصربه‌فرد می‌توانند در سلول‌های خورشیدی، فیلترهای نوری و مواد سوپریونی به کار گرفته شوند. سوپریون‌ها موادی هستند که با افزایش دما به بیش از دمای بحرانی آن‌ها، در یک زمان نسبتاً کوتاه به یک ماده‌ی رسانا تبدیل می‌شوند. محققان دلیل این امر را حرکت سریع یون‌های این نوع مواد در دمای بالای دمای بحرانی خود گزارش کرده‌اند. از آنجایی که نانوذرات مس سلنید نیز جز این نوع موادهستند، محققان بسیاری به دنبال تولید این نانوذرات به کمک روش‌های مختلف از جمله سنتز فراصوت، آلیاژ‌سازی مکانیکی، سل-ژل و… هستند. روش هیدروترمال نیز یکی دیگر از این روش‌ها است که به علت ساده و ارزان بودن، در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق تلاش شده تا با استفاده از یک منبع جدید سلنیوم، نانوذرات مس سلنید سنتز گردد.
دکتر اعظم سبحانی، فوق دکتری شیمی معدنی از دانشگاه کاشان، در این باره توضیح داد: «در این کار تحقیقاتی نانوذرات مس سلنید با استفاده از روش هیدروترمال تهیه و شناسایی و شرایط بهینه‌ی تولید آن معرفی شده است. در این فرآیند ، از سلنیوم تتراکلرید به عنوان یک منبع جدید سلنیوم استفاده شده است».
سبحانی در ادامه افزود: «وقت‌گیر نبودن این روش، عدم نیاز به دستگاه‌های خاص و گران قیمت و همچنین شرایط به‌خصوص و سخت، بازده و خلوص بالای محصول، از جمله مزایای پروژه مورد نظر است. این درحالی است که نانوذرات تولیدی دارای خواص نوری قابل توجهی هستند. شایان ذکر است که هدف ما یافتن راهی آسان و قابل انجام برای تهیه‌ی نانوساختارهای نیمه‌هادی با اندازه‌ی مناسب، ساختار فازی خالص و از همه مهم‌تر محصولی با خواص نوری مطلوب بوده است».
در تهیه‌ی مس سلنیدها معمولاً از سلنیت سدیم (Na2SeO3) و پودر سلنیوم استفاده می‌شود. سلنیوم حاصل از کاهش یون SeO32- فعال‌تر از پودر سلنیوم است. هنگام استفاده از منبع سلنیت سدیم رسوب سلنیت مس تشکیل می‌شود که یون SeO32- به کندی از آن آزاد می‌گردد تا در مرحله بعد به سلنیوم کاهش یابد. این در حالی است که این منبع جدید (سلینیوم کلرید) به راحتی به سلینیوم با واکنش پذیری بالا کاهش یافته و در نهایت مس سلنید را تشکیل می‌دهد.
در این تحقیقات شرایط بهینه‌ی فرآیند از جمله دما، فشار، مقدار عوامل فعال سطحی، عامل احیا‌کننده و… معرفی شدند. هدف از معرفی این شرایط بهینه، دستیابی به محصولاتی با خلوص بالاتر و اندازه کوچک‌تر، شکل خاص با نظم بیش‌تر، ساختار پایدارتر و خواص نوری بهتر بوده است. خواص نوری با بررسی طیف‌های فوتولومینسانس مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که پیک‌های حداکثر انتشار در نمونه‌های مختلف نانوذرات تهیه شده با هم متفاوت است. این محققان تفاوت این پیک‌ها را به تفاوت در نسبت مولی مس به سلنیوم ارتباط داده‌اند.
تصاویر SEM مربوط به نانوذرات مس سلنید در حضور عامل احیا‌کننده (الف) و (ب) هیدرازین، (ج) روی
نتایج این تحقیقات که با تلاش دکتر اعظم سبحانی و پروفسور مسعود صلواتی نیاسری-عضو هیئت علمی دانشگاه کاشان- صورت گرفته است، در مجله Ceramics International (جلد ۶، شماره ۴۰، ماه جولای، سال ۲۰۱۴، صفحات ۸۱۷۳ تا ۸۱۸۲) منتشر شده است.
