سنتز و مطالعه تغييرات شكاف انرژي با روش اپتيكي در نانوذرات نيمه رساناي سولفيد سرب

Synthesis and investigation of band energy variations in PbS nanocrystallites via optical route

در اين تحقيق با استفاده از روش شيمي تَر و بكارگيري يك عامل مهاركننده، نانوذرات سولفيد سرب سنتز گرديد. در اين بين براي نخستين بار، از عامل مهاركننده مركپتواتانول استفاده گرديد. بررسي خواصي از قبيل ساختار بلوري، نوري، ريزساختار و اندازه نانوذرات سولفيد سرب از آزمون هاي پراش اشعه- ايكس (XRD)، طيف سنجي جذب مريي- فرابنفش (UV-Vis) و ميكروسكوپ تونلي پويشي (STM) استفاده شد. در طيف سنجي مريي-فرابنفش، قله‌هاي جذب اگزايتوني مربوط به اثر اندازه كوانتومي (حبس كوانتومي) نانوذرات سولفيد سرب با كوچك تر شدن كلاسترها (خوشه ها)، به وضوح مشاهده گرديد. عامل مهاركننده مركپتواتانول مورد استفاده، باعث مهار اندازه ي خوشه ها گرديد و با افزايش غلظت آن، جابجايي آبي در قله‌ها ظاهر گرديد. پراش اشعه ايكس حضور فاز سولفيد سرب و خلوص نمونه ها را تاييد و اندازه بلورك ها از رابطه شرر در حدود nm 5/1 تخمين زده شد. همچنين براساس تصاوير ميكروسكوپ تونلي پويشي، ذرات 5/1 تا nm 2 با تك پاشندگي بالا و ريزساختار تقريباً كروي مشاهده گرديدند. نوآوري در اين كار دستيابي به نانوذرات PbS فوق ريز با شكاف انرژي در حدود eV5/3 است كه تاكنون گزارش نشده است.

In this study, ultrafine PbS nanoparticles were synthesized through wet-chemical synthesis, using 2-mercaptoethanol as a capping agent. It is for the first time that mercaptoenthanol is being used during synthesis of PbS. The structural, electronic/optical and morphological properties of the samples were studied by XRD (X-ray diffraction), UV-Vis spectroscopy and STM (scanning tunneling microscopy). It was found that, the size of the particles is highly dependent on the molarity of the capping agents. Excitonic shoulders along with a large blue shift of the absorption peaks in the optical spectra (due to quantum size effect) were observed to appear when the capping agent (2-mercaptoethanol) concentration increased from 0.1M (on set) to 1M (saturated state). The X-ray diffraction patterns exhibited the PbS characteristic peaks and also specified high purity of the samples. STM measurements were performed to observe the size and morphology of particles, which suggested that the particles are about 1.5-2 nm in size and spherical in shape. Band gap of the obtained PbS nanoparticles was calculated from the optical spectra and was found to be 4.1 eV. The merit of this study is that extremely fine PbS nanoparticles could be achieved with an approximate band gap of 3.5 eV which has not been reported so far.