Fulltext

Effect of Annealing temperature on the Structural, Optical and Sensitivity Properties of Nanostructure SnO2 Films to CO2 and NH3 Gas

تأثير حرارة التلدين على الخواص التركيبية والبصرية والتحسسية لأغشية SnO2 النانوية لغازي CO2 و NH3

Ali Ahmed Yousif علي أحمد يوسف --- Ameer Ibraheem khudadad امير ابراهيم خداداد

Iraqi Journal of Science المجلة العراقية للعلوم
ISSN: 00672904/23121637 Year: 2014 Volume: 55 Issue: 3B Pages: 1264-1286
Publisher: Baghdad University جامعة بغداد

Abstract

In this research, we studied the structural properties of SnO2 films nanostructure which prepared by chemical spray pyrolysis method at room temperature on the rules of glass heated (400oC) with rate of spraying (2.5 ml/ min). The effect of annealing temperaturs (450,500,550,600 and 650oC) for two hours on those properties has been indicated. The results of x-ray diffraction showed that all of the prepared films were polycrystalline with tetragonal type and orientation was (110) for all models before and after annealing, and the annealing led to an increase in the grain size. The full width at half maximum (FWHM) values of the (110) peaks of the films decreased from 1.492o to 1.064o with increasing annealing temperature .The surface morphology of the (SnO2) nanostructure films have been studied using atomic force microscopy (AFM) which indicated that the grown films showed good crystalline and homogeneous surface . The Root Mean Square (RMS) values and surface roughness of the films decreased with increasing the annealing temperature. The optical properties of the films were studied by (UV-VIS-NIR) spectrophotometer in the wavelength range (300-1100 nm). The optical transmission results showed high transmittance (87%) at annealing a temperature (650oC). The energy gap for direct transmission was calculated before and after annealing. From the gas sensing measurements of SnO2 films for (CO2 , NH3), showed a good sensitivity at 50oC. It was found the that best sensitivity of SnO2 films at annealing temperature 650oC were (100%) for NH3 (98.78%).

تم في هذا البحث دراسة الخواص التركيبية لأغشية ( SnO2 ) المحضرة بطريقة التحلل الكيميائي الحراري عـنـد درجة حرارة الغرفة وعلى قـواعــد زجاجـية ساخـنة 400°C)) وبمعدل رش (2.5ml/min)، وبيان تأثير التلدين بدرجات حرارة450,500,550,600,650oC) ) ولمدة ساعتين على تلك الخواص. أظــهرت نتـائج حـيود الأشـعة السينية إن جــميـع الأغشــية المحـضـرة ذات تركـيب متعــدد الـتبلور (رباعي) وذات اتجاهيـة سائـدة (110) لكافة النماذج قبل وبعد التلدين، وان التلدين أدى إلى زيادة الحجم الحبيبي. وتناقص قيم عرض المنحني عند منتصف القمة لاغشية ثنائي اوكسيد القصدير لانماط (110) من (1.492o) الى (1.063o) بزيادة درجة حرارة التلدين. تم دراسة طوبغرافية السطح للاغشية (SnO2) النانوية بواسطة مجهر القوى الذرية (AFM) الذي اثبت بان الاغشية المنمات بهذه الطريقة لها تبلور جيد وذات سطح متجانس، ان قيم مربع الجذر المتوسط (RMS) للاغشية (SnO2) النانوية وخشونة السطح (RS) تتناقص مع زيادة درجة حرارة التلدين. الخصائص البصرية للاغشية المحضرة قيست بواسطة (UV-VIS-NIR) في مــدى الاطــوال الموجية (300-1100 nm). وجد بان اكبر نفاذية كانت (87%) عند درجة حرارة تلدين (650oC) كذلك تم حساب جميع الثوابت البصرية وفجوة الطاقة للانتقال المباشر المسموح. من قياس التحسسية لاغشية (SnO2) النانوية لغازي (CO2 , NH3)، عند درجة حرارة 50oC ، وجد بان افضل تحسسية للاغشية عند درجة حرارة تلدين (650oC) كالاتي: غاز CO2 (100%) وغاز NH3 (98.78%) .

Keywords

Thin film --- SnO2 --- X-ray --- FAM --- CO2 --- NH3 Gas sensor. --- الاغشية الرقيقة، ثاني اوكسيد القصدير، الاشعة السينية، مجهر القوى الذرية، تحسسية غاز الامونيا واز ثاني اوكسيد الكاربون