تحضير ودراسة أغشية من المطعم بالفضة

Abstract

يهدف هذا العمل إلى دراسة تأثير تطعيم أكسيد الزنك (ZnO) بعنصر الفضة (Ag) على خصائصه البنيوية والبصرية، وذلك من خلال تحضير أغشية رقيقة باستعمال تقنية الرش الحراري. وقد تم تحليل البنية البلورية للأغشية باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية (XRD)، بهدف تحديد التركيب البلوري، وحساب حجم البلورات اعتمادًا على معادلة شيرر، بالإضافة إلى تتبع التغيرات الناتجة عن زيادة تركيز الفضة. كما تمت دراسة الخواص البصرية للأغشية بواسطة مطيافية الأشعة فوق البنفسجية–المرئية (UV–Vis) لتقييم تأثير التطعيم على النفاذية الضوئية والفاصل الطاقي وطاقة أورباخ .أظهرت النتائج أن سمك أغشية ZnO يزداد مع ارتفاع نسبة التطعيم بالفضة، ويُعزى ذلك إلى زيادة عدد الأيونات أو الجسيمات الواصلة إلى سطح الركيزة أثناء عملية النمو، مما يؤدي إلى ترسيب كمية أكبر من المادة خلال نفس زمن الترسيب. كما لوحظت تغيرات طفيفة في قيم المسافات البينية (d-spacing) ومواقع قمم الحيود، وهو ما يشير إلى حدوث تشوهات محدودة في الشبكة البلورية نتيجة إحلال أيونات الفضة محل أيونات الزنك. بينت نتائج حيود الأشعة السينية أن جميع الأغشية، سواء النقية أو المشوبة بالفضة، تحتفظ بالبنية السداسية من نوع وورتزيت، مع ظهور قمم الحيود المميزة للمستويات (100) و(002) و(101)، مما يدل على جودة التبلور. كما أدى إدخال الفضة إلى تغير الاتجاه المفضل للنمو من المستوى (002) إلى المستوى (100). وأظهرت حسابات حجم البلورات انخفاضًا تدريجيًا مع زيادة نسبة التطعيم حتى %1.5، ثم ارتفاعًا عند نسبة %2. في المقابل، لوحظ انخفاض كل من كثافة الانخلاعات والمطاوعة الماكروية مع زيادة تركيز الفضة، مما يشير إلى تحسن نسبي في جودة البنية البلورية .أما فيما يتعلق بالخواص البصرية، فقد بينت النتائج أن زيادة نسبة التطعيم بالفضة تؤدي إلى انخفاض النفاذية الضوئية، كما ينخفض الفاصل الطاقي من ev3.30 إلى eV3.24. وفي المقابل، ترتفع طاقة أورباخ من eV0.159 إلى eV0.458 ، مما يعكس زيادة مستويات العيوب والاضطرابات البنيوية داخل الأغشية. This work aims to investigate the effect of silver (Ag) doping on the structural and optical properties of zinc oxide (ZnO) thin films prepared by the spray pyrolysis technique. The crystalline structure of the films was analyzed using X-ray diffraction (XRD) in order to identify the crystal structure, estimate the crystallite size using the Scherrer equation, and monitor the structural changes induced by increasing Ag concentration. In addition, the optical properties of the films were studied using UV–Vis spectroscopy to evaluate the influence of Ag doping on optical transmittance, optical band gap, and Urbach energy. The results revealed that the thickness of the ZnO films increases with increasing Ag doping concentration. This behavior can be attributed to the higher number of ions or particles reaching the substrate surface during the growth process, resulting in a greater amount of deposited material within the same deposition time. Slight variations in the interplanar spacing (d-spacing) and diffraction peak positions were also observed, indicating minor lattice distortions caused by the substitution of Zn ions with Ag ions. The XRD analysis showed that both undoped and Ag-doped ZnO thin films retain the hexagonal wurtzite structure, with the characteristic diffraction peaks corresponding to the (100), (002), and (101) planes, confirming good crystallinity. Furthermore, the preferred growth orientation changed from the (002) plane to the (100) plane upon Ag incorporation. The crystallite size was found to decrease progressively with increasing Ag concentration up to 1.5%, followed by an increase at 2% doping. In contrast, both dislocation density and microstrain decreased with increasing Ag content, indicating a relative improvement in the crystalline quality of the films. Regarding the optical properties, the results showed that increasing the Ag doping concentration leads to a reduction in optical transmittance and a decrease in the optical band gap from 3.30 eV to 3.24 eV. Conversely, the Urbach energy increased from 0.159 eV to 0.458 eV, suggesting an increase in the density of defects and structural disorder within the films.