دراسة تأثير ارتفاع فوهة الرش على الخصائص البنيوية والبصرية للأغشية الرقيقة لأكسيد الزنك (ZnO) المحضرة بتقنية الرش بالانحلال الحراري

Abstract

This study aims to fabricate undoped zinc oxide (ZnO) thin films on glass substrates using the spray pyrolysis technique (SPT), where zinc acetate dihydrate (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O) was utilized as the precursor solution. The effect of the nozzle-to-substrate distance (15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm) on the properties of the deposited thin films was investigated. To analyze the fabricated samples, various characterization techniques were employed, including X-ray diffraction (XRD), Ultraviolet-Visible spectroscopy (UV-Vis), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The results revealed that the ZnO films crystallized in the wurtzite hexagonal structure with a preferred orientation along the (002) direction. Furthermore, an increase in the crystallite size from 21.6 nm to 40.1 nm was observed with increasing nozzle height. The prepared films exhibited high transparency, with an optical transmittance of approximately 88%. In addition, the FTIR spectrum displayed a broad absorption band corresponding to the Zn–O bond stretching mode. Owing to the excellent properties of the fabricated films, such as the (002) mono-orientation and high transparency, they hold great potential for use as optical windows in solar cells, gas sensors, and antibacterial applications.هدف هذه الدراسة إلى تصنيع أغشية رقيقة من أكسيد الزنك (ZnO) غير المطعّم على ركائز زجاجية باستخدام تقنية الرش بالانحلال الحراري (SPT)، حيث استُخدمت أسيتات الزنك الثنائية (Zn(CH₃COO)₂·2H₂O) كسابقة. تم دراسة تأثير المسافة بين فوهة الرش والركيزة (15 cm، 20 cm، 25 cm، 30 cm) على خصائص الأغشية الرقيقة المترسبة.

ولتحليل العينات المحضرة، استُخدمت تقنيات متعددة شملت حيود الأشعة السينية (XRD)، والتحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR). وأظهرت النتائج أن أغشية ZnO تبلورت وفق البنية السداسية المتراصة (Wurtzite hexagonal)، مع اتجاه تبلور مفضل على طول المستوى (002).

كما لوحظ ازدياد في حجم البلورات من 21.6 nm إلى 40.1 nm بزيادة ارتفاع فوهة الرش. وأظهرت الأغشية المحضرة شفافية عالية، حيث بلغت النفاذية البصرية نحو 88%. بالإضافة إلى ذلك، كشف طيف FTIR عن نطاق امتصاص واسع يُعزى إلى نمط اهتزاز استطالة رابطة Zn–O.

وبفضل الخصائص المتميزة للأغشية المصنعة، مثل التوجه الأحادي للمستوى (002) والشفافية العالية، فإنها تمتلك إمكانيات واعدة للاستخدام كنوافذ بصرية في الخلايا الشمسية، وأجهزة استشعار الغازات، والتطبيقات المضادة للبكتيريا.