سایت دانلود

تحقیق ها مقاله ها و پایان نامه ها
فیزیک

پروژه رشته فیزیک در مورد نانو فنّاوری – قسمت دوم

موقعیت الکترون و حفره در اکسیتون بوسیله توصیف می¬شود. به دلیل اینکه جرم مؤثر الکترون و حفره از جرم الکترون کوچکتر و ثابت دی الکتریک نیم¬رساناها چند برابر 1(ثابت دی الکتریک خلأ) است، شعاع بوهر اکسیتون بزرگتر از شعاع بوهر اتم هیدروژن و انرژی ریدبرگ اکسیتون کوچکتر از انرژی ریدبرگ هیدروژن است. مقادیر برای نیم¬رساناها معمولی بین 1 تا 10 نانومتر است[8]. و انرژی ریدبرگ اکسیتون مقدار تقریبی از 1 تا 100 الکترون ¬ولت را دارا می¬باشد[32]. به دلیل استتار حفره بوسیله الکترونها در جامد توده-ای، انرژی پیوند اکسیتون عموماً بسیار کوچک است. بنابراین حالتهای اکسیتونی فقط در دماهای بسیار پائین قابل مشاهده هستند( انرژی لازم برای واپاشی اکسیتون به حاملهای آزاد، در دماهای معمولی بوسیله انرژی گرمائی محیط قابل تأمین است). در مولکولها، جفت الکترون و حفره جایگزیده هستند و به دلیل اثر استتار بسیار کم، برهم کنش قوی کولمبی بین آنها وجود دارد. نانوذرّات بین این دو حالت قرار دارند[32].

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه   کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان   کنید
هنگامی که ابعاد ذرّه کاهش می¬یابد، شعاع ذرّه با اندازه اکسیتون قابل مقایسه و یا حتی بزرگتر می¬شود. این به این معنا است که در نیم¬رساناهائی که اندازه-شان با شعاع بوهر اکسیتون قابل مقایسه است، برهم نهی بزرگتری بین توابع موج الکترون و حفره رخ می¬دهد و الکترون و حفرۀ آزاد نمی¬توانند وجود داشته باشند زیرا ابعاد نانوذرّه با فاصله¬ای که در آن الکترون و حفره با یکدیگر بر همکنش دارند(شعاع بوهر اکسیتون) قابل مقایسه است. همین نکته منشأ تفاوت خواص نوری نیم¬رساناهای حجیم و نانو اندازه است. در نانوذرّات به دلیل تعداد کم الکترونها( در مقایسه با حالت حجیم) اثر استتار نیز کمتر است. نکته بسیار مهمی که در این زمینه قابل توجّه می¬باشد این است که با کاهش اندازه بلور، بین جذب اکسیتونی و برانگیختگی الکترون به نوار هدایت تمایزی وجود ندارد. به گونه¬ای که حالتهای اکسیتونی و حالتهای اشغال نشده هر دو در یک محدوده متمرکز می¬شوند[35].
1-6 شعاع نانو ذرّات
با مطالبی که گفته شد اکنون می¬توان به یکی از اوّلین سؤالاتی که به هنگام مطالعه نانوذرّات به ذهن خطور می¬کند پاسخ داد: به ذرّات از چه اندازه¬ای کوچکتر نانوذرّه می¬گویند؟
همانگونه که در بخش بالا اشاره شد، تفاوت برخی از خواص نانوذرّات و مواد حجیمِ نیم¬رسانا از وضعیت الکترون و حفره و اندرکنش آنها ناشی می¬شود. شعاع بوهر اکسیتون شعاعی است که هر گاه اندازه ذرّه با آن قابل مقایسه باشد حاملهای بار در حبس کوانتومی قرار گرفته و با یکدیگر اندرکنش حتمی می¬نمایند. به این دلیل منطقی است که شعاع بوهر اکسیتون حالت حجیم به عنوان معیار ورود به فاز نانو قلمداد شود. بنابراین می¬توان گفت: هرگاه ابعاد ذرّه نیم¬رسانائی با شعاع بوهر اکسیتون حالت حجیم همان نیم¬رسانا قابل مقایسه شود به آن نانوذرّه گوئیم و آن ذرّه خواص تابع اندازه از خود بروز می¬دهد[36].

1-7 ذرّه در جعبه کوانتومی
افزایش گاف انرژی با کاهش اندازه نانوذرّات، به عنوان اثر اندازه کوانتومی ¬شناخته می¬شود. مطالعه خواص نوری نانوذرّات CdS، بروز اثر اندازه کوانتومی را در آنها را نشان داده است[38-37]. یکی از دلایل توجّه فراوان به نانوذرّات CdS به خاطر نمایش خوب اثر اندازه کوانتومی در زیر شعاع بوهر اکسیتون در آنها است. اثر اندازه کوانتومی برای نانوذرّات CdS وقتی که اندازه¬شان به 5 نانومتر برسد ظهور می¬کند[40-39].
می¬توان اثر اندازه کوانتومی را بوسیله در نظر گرفتن مسئلۀ ذرّه در جعبه، به طور کیفی توجیه نمود. برخی از محققین به این وسیله و با صرف نظر کردن از بر همکنش الکترون و حفره در نانوذرّات، درک اثر اندازه کوانتومی و تغییر وضعیت ترازهای انرژی در گذار از فاز حجیم به نانو را آسان کرده¬اند. آنها با این ساده سازی که یک نانوذرّه به صورت یک چاه کوانتومی بینهایت یک بعدی به پهنای d است، حاملهای بار در آن را به صورت آزاد در نظر گرفته¬اند[41].
هنگامی که الکترون و حفره در بلور حجیم به صورت آزاد در نظر گرفته شوند(تقریب جرم مؤثر) نمودار انرژی آنها به صورت سهموی است. با حبس شدن حاملها در یک جعبۀ کوانتومی، ترازهای پیوستۀ انرژی دچار گسستگی می¬شوند. این وضعیت در شکل1-5 نشان داده شده¬ است. از طرفی طيف جذب نوری یک نیم¬رسانا(که از آن طول موج معادل گاف نواری به دست می¬آید) با طیف ذرۀ منفرد متناظر نمی¬باشد چرا که جذب نوری معادل تولید یک زوج الکترون- حفره در بلور و نه یک تک الکترون یا حفره منفرد است. از این رو، مسئله زمانی کامل است که معادله شرودینگر برای یک زوج الکترون- حفره حل شود. با انتخاب مبدأ مناسب و حل معادله شرودینگر، رابطۀ زیر برای انرژی گاف نواری نانوذرّات به دست می¬آید:

این معادله بیان می¬کند که اولاً گاف نواری نانوذرّات نسبت به حالت حجیم خود به سمت انرژیهای بالاتر جابجا می¬شود و این جابجائی اگر اندازه ذرّات با L نشان داده شوند با متناسب است و ثانیاً طيف انرژي، به جای نوار از يك سري خطوط كه مربوط به گذارهاي الكترون- حفره هستند، تشكيل شده است.

شکل1-5) در نانوذرّات که حاملهای بار در یک حجم کوچک حبس شده¬اند(مشابه وضعیت حاملها در یک چاه کوانتومی بینهایت با پهنا d) ترازهای انرژی گسسته شده و گاف انرژی نسبت به حالت حجیم افزایش می¬یابد[41].
با در نظر گرفتن اندركنش كولني، مسأله ديگر تغيير مي¬كند و دیگر نمي¬توان آن را به صورت تحليلي حل نمود. در چنین حالتی روشهای عددی به كار برده می-شوند. نمونه¬ای از حل معادله شرودینگر در حضور اندرکنش کولنی را می¬توان در مرجع[42] مشاهده نمود.
نکته قابل توجّه اینکه، همزمان با کاهش اندازه جعبه(ذرّه)، گسستگی ترازها نیز افزایش می¬یابد. این افزایش گسستگی، در طیف جذب نوری نانوذرّات، معادل تیز شدن قلّۀ جذب می¬باشد. به این ترتیب با در نظر گرفتن ذرّه در جعبه کوانتومی، می¬توان درک بسیاری از پدیده¬ها را آسان نمود.

1-8 نسبت سطح به حجم در نانوذرّات
به جز حبس کوانتومی حاملهای بار، نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، یکی دیگر از عوامل بروز خواص جالب توجّه و متفاوت از حالت حجیم در نانوذرّات است. برای درک بهتر، نسبت سطح به حجم ذرّات کروی و مکعبی در شکل1-6 محاسبه و نشان داده شده است.

شکل1-6) نسبت مساحت سطوح به حجم نانوذرّات کروی و مکعبی با اندازه آنها نسبت معکوس دارد.

با کوچک شدن ابعاد ذرّات(مرتبه ) این نسبت به گونه¬ای بزرگ می¬شود که در برخی از گزارشها آمده است که یک گرم از پودر نانو ذرّات، 1200 متر مربع سطح را در خود می¬گنجاند بنابراین برخلاف یک ماده حجیم، با کاهش اندازۀ مواد نمی¬توان سهم اتمهای سطحی آنها را نادیده گرفت[43].
با کوچکتر شدن اندازۀ نانوذرّات، نسبت اتمهای حاضر در سطح به اتمهای موجود در حجم افزایش می¬یابد که این حقیقت به افزایش انرژی آزاد سطح می¬انجامد. به دلیل انرژی بالا و در نتیجه واکنش¬پذیری زیاد اتمهای واقع در سطوح، احتمال ترکیب سطوح نانوذرّات با یکدیگر به میزان بسیار زیادی وجود دارد. وجود سطوح با واکنش پذیری بسیار زیاد، یک چالش مهم در تولید نانوذرّات به حساب می¬آید و بنابراین باید به دنبال تکنیکهائی برای مهار آن بود تا بتوان نانوذرّات را تولید نمود.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا" از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

لینک متن کامل با فرمت ورد

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *