ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة ( تطوير السلوكيات البصرية والميكانيكية لاغشية امتصاص الاشعاع الشمسي المعتمدة على اوكسي نتريد التيتانيوم ) للطالبة ( سوسن طلال ابراهيم ) التي انجزتها باشراف التدريسي في القسم ( أ.م.د. حاتم عبد الرزاق طه ) ونوقشت من قبل لجنة المناقشة المبينة في ما يأتي :
أ.د. بشرى هاشم حسين – رئيسا
أ.م.د. ريم سعدي خليل – عضوا
م.د. غزلان سرحان احمد – عضوا
أ.م.د. حاتم عبد الرزاق طه – عضوا ومشرفا
تهدف هذه الدراسة الى تحضير أغشية رقيقة متعددة الطبقات معتمدة على TiON وذلك باستعمال طريقة الصول – جل التغطيس (Sol – gel Dip-coating process) من أجل تحسين الامتصاصية وتقليل الانبعاثية الحرارية. تهدف الدراسة ايضاً الى تأثير نوع الغشاء الرقيق و التلدين بدرجات حرارية مختلفة (400, 450, 500, 550 and 600) °C على الخواص التركيبية، السطحية، البصرية والميكانيكية لأغشيةAl\Cu\TiON و Al\Cu\TiON\CuO و Al\Cu\TiON\CrO2 .
تناول هذا البحث دراسة عملية لترسيب أغشية رقيقة متعددة الطبقات ذات امتصاص انتقائي شمسي عالي بالاعتماد على مادة اوكسينتريد التيتانيوم على قواعد من الألمنيوم AI)) بتقنية الصول – جل و التغطيس Sol-gel Dip-coating process ، وكانت الأغشية الرقيقة الناتجة على الترتيب Al\Cu\TiON و Al\Cu\TiON\CuO و Al\Cu\TiON\CrO2. تم تلدين الأغشية متعددة الطبقات الرقيقة لمدة ساعة واحدةعند (400, 450, 500, 550 and 600) °C.
تمت دراسة الخصائص التركيبية للأغشية المحضرة (لدرجات حرارة التلدين المختلفة( عن طريق حيود الأشعة السينية (XRD) والتي أظهرت قمم براك حادة ومكثفة، مع هيمنة الإتجاه السائد [111]. بالاضافة الى طور TiON، تظهر افلام Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 وجود CuO و CrO2 على التوالي. مع زيادة الحجم االبلوري بإرتفاع درجة حرارة التلدين اظهرت اغشية Cu\TiON و Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 الملدنة بدرجة 600 درجة مئوية اكبر حجوم حبيبية بحدود (63، 84 و 81) نانومتر على الترتيب. بينت صور المجهر الالكتروني الماسح FESEM وتكون اشكال شبيهة بالحبيبات على اسطح الأغشية الرقيقة المتعددة الطبقات المحضرة، وأكدت كذلك نتائج EDX وجود العناصر الأساسية ,Ti O, N مع نسبها في غشاء اوكسينتريد التيتانيوم كأساس للأغشية المحضرة.
دُرست الخصائص البصرية للأغشية الرقيقة عن طريق بيانات اطياف الانعكاس في مدى الأشعة المرئية وفوق البنفسجية (190 – 2500) nm .كذلك جمعت بيانات اطياف الانعكاس في مدى الأشعة تحت الحمراء (2500 – 15000) nm. اظهرت اطياف الانعكاس في المدى المرئي وفوق البنفسجي ان الاغشية الرقيقة المتعددة الطبقات Cu\TiON و Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 الملدنة بدرجة حرارة 600 درجة مئوية كانت ذات اقل قيمة للأنعكاسية مقارنة بقيم الأنعكاسية للأغشية الرقيقة الملدنة بدرجات حرارة اقل. تم حساب الامتصاصية للأشعاع الشمسي ضمن المدى المرئي وفوق البنفسجي باستعمال طريقة Duffie – Beckman. اظهرت نتائج الامتصاصية ان اغشية Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 الرقيقة قد تفوقت على اغشية Cu\TiON الرقيقة من خلال تسجيل قيم اعلى للامتصاصية في المدى المرئي وفوق البنفسجي. اضافة الى ذلك، ازدادت قيم الأمتصاصية بصورة واضحة بزيادة درجات حرارة التلدين وكانت اعلى قيم للامتصاصية للاغشية الرقيقة الملدنة بدرجة حرارة 600 درجة مئوية. كانت فجوات الطاقة ضمن المدى eV (1.2 – 2.7) وتتباين مع اختلاف درجة حرارة التلدين. تم تحقيق أعلى امتصاص اشعاع شمسي وأقل انبعاث حراري للأغشية الرقيقة الملدنة بدرجة حرارة 600 درجة مئوية ولجميع الأغشية المحضرة.
وكذلك دُرست الخصائص الميكانيكية للأغشية الرقيقة المحضرة باستعمال قياسات اتجاه المسافة النانوية وكان اعلى حمل تم تسليطه على سطوح الأغشية الرقيقة المتعددة الطبقات بحدود 5 mN ، واقصى عمق وهو اقل من 10% من سمك الغشاء الرقيق. بينت نتائج منحني الحمل – عمق الاختراق ان المنحني كان يمتلك صفة الاستمرارية ولم تظهر اي فراغات او نقاط تقاطع ما يدل على ان طبيعة سطوح الأغشية الرقيقة كانت متجانسة ومتراصة ولاتحتوي على فجوات او فراغات كثيرة. اظهرت نتائج قياسات الخصائص الميكانيكية ان قيم الصلادة ومعامل يونك لأغشية Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 متعددة الطبقات الرقيقة كانت اعلى من قيم الصلادة ومعامل يونك لأغشية Cu\TiON الرقيقة، وان هذه الخصائص ازدادت بزيادة درجة حرارة التلدين ولأنواع الأغشية الرقيقة كافة نتيجة لتحسن الخصائص الركيبية لهذه الأغشية. سجلت اعلى قيم لكل من الصلادة ومعامل يونك لتكون (244, 22.5) GPa و (264, 25.7) Gpaو (250, 26.8) GPa لأغشية Cu\TiON و Cu\TiON\CuO و Cu\TiON\CrO2 على الترتيب والملدنة بدرجة حرارة 600 درجة مئوية.
يمكن ان نستنتج من نتائج هذه الدراسة ان تقنية الصول – جل المشتركة مع عملية التغطيس او الغمر اثبتت بما لايقبل الشك بانها طريقة فعالة لتحضير اغشية رقيقة ذات نوعية وكفاءة عالية وانها تنافس او من الممكن ان تكون البديل الأمثل للتقنيات الاخرى الفيزيائية منها والكيميائية والتي تتطلب توفر معدات واجهزة ووحدات سيطرة مكلفة ومعقدة ما ينتج عنها ارتفاع في كلف انتاج مثل هذه الأغشية.
التوصيات
من المرجح أن تساعد النتائج التي تم تحقيقها من خلال هذا البحث في تبسيط التصميم الهندسي لأغشية Al\Cu\TiON و Al\Cu\TiON\CuOوكذلك Al\Cu\TiON\CrO2 الرقيقة ذات التكلفة الواطئة نسبياً لمختلف التطبيقات التكنولوجية.
بالإمكان دراسة تحضير الأغشية الرقيقة المذكورة سابقاً لكن بإستعمال طريقة تحضير مختلفة مثل طريقة (Spin coating) ومقارنتها مع نتائج بحثنا.
