નેનોસાઇઝ્ડ ક્યુ/ની ડબલ લેયર્સમાં સીઓ ગેસ સેન્સરની સુધારેલ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર, મોર્ફોલોજી અને પ્રોપર્ટીઝ

આ અભ્યાસમાં, અમે RF સ્પટરિંગ અને RF-PECVD દ્વારા સહ-નિગ્રહ દરમિયાન માઇક્રોકાર્બન સ્ત્રોતોમાં સંશ્લેષિત Cu/Ni નેનોપાર્ટિકલ્સ તેમજ Cu/Ni નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ કરીને CO ગેસની શોધ માટે સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની તપાસ કરી.કણોનું મોર્ફોલોજી.ઇમેજ પ્રોસેસિંગ અને ફ્રેક્ટલ/મલ્ટીફ્રેક્ટલ પૃથ્થકરણ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને 3D અણુ બળ માઇક્રોગ્રાફ્સનું પૃથ્થકરણ કરીને સરફેસ મોર્ફોલોજીનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.આંકડાકીય વિશ્લેષણ MountainsMap® પ્રીમિયમ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને દ્વિ-માર્ગીય વિશ્લેષણ (ANOVA) અને ઓછામાં ઓછા નોંધપાત્ર તફાવત પરીક્ષણ સાથે કરવામાં આવ્યું હતું.સપાટીના નેનોસ્ટ્રક્ચરમાં સ્થાનિક અને વૈશ્વિક વિશિષ્ટ વિતરણ હોય છે.પ્રાયોગિક અને સિમ્યુલેટેડ રધરફોર્ડ બેકસ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રાએ નેનોપાર્ટિકલ્સની ગુણવત્તાની પુષ્ટિ કરી.તાજા તૈયાર નમૂનાઓ પછી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ચીમનીના સંપર્કમાં આવ્યા હતા અને સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ગેસ સેન્સર તરીકે તેમના ઉપયોગની તપાસ કરવામાં આવી હતી.કોપર લેયરની ટોચ પર નિકલ લેયર ઉમેરવાથી મોર્ફોલોજી અને ગેસ ડિટેક્શન બંને દ્રષ્ટિએ રસપ્રદ પરિણામો જોવા મળ્યા.રૂધરફોર્ડ બેકસ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અને સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક વિશ્લેષણ સાથે પાતળા ફિલ્મ સપાટી ટોપોગ્રાફીના અદ્યતન સ્ટીરિયો વિશ્લેષણનું સંયોજન આ ક્ષેત્રમાં અનન્ય છે.
છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં ઝડપી વાયુ પ્રદૂષણ, ખાસ કરીને ઝડપી ઔદ્યોગિકીકરણને કારણે, સંશોધકોએ વાયુઓને શોધવાના મહત્વ વિશે વધુ જાણવા માટે પ્રેરિત કર્યા છે.સ્થાનિક સપાટી પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ (LSPR) માટે સક્ષમ પાતળા ધાતુની ફિલ્મોની સરખામણીમાં પણ મેટલ નેનોપાર્ટિકલ્સ (NPs) ગેસ સેન્સર1,2,3,4 માટે આશાસ્પદ સામગ્રી હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે એક પદાર્થ છે જે મજબૂત અને મજબૂત મર્યાદિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સાથે પડઘો પાડે છે. ક્ષેત્રો5,6,7,8.એક સસ્તી, ઓછી ઝેરી અને બહુમુખી સંક્રમણ ધાતુ તરીકે, તાંબાને વૈજ્ઞાનિકો અને ઉદ્યોગો, ખાસ કરીને સેન્સર ઉત્પાદકો દ્વારા એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ ગણવામાં આવે છે9.બીજી બાજુ, નિકલ સંક્રમણ મેટલ ઉત્પ્રેરક અન્ય ઉત્પ્રેરક 10 કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.નેનોસ્કેલ પર Cu/Ni ની જાણીતી એપ્લિકેશન તેમને વધુ મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે, ખાસ કરીને કારણ કે ફ્યુઝન11,12 પછી તેમના માળખાકીય ગુણધર્મો બદલાતા નથી.
જ્યારે ધાતુના નેનોપાર્ટિકલ્સ અને ડાઇલેક્ટ્રિક માધ્યમ સાથેના તેમના ઇન્ટરફેસ સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો દર્શાવે છે, આ રીતે તેનો ઉપયોગ ગેસની શોધ માટે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ તરીકે થાય છે13.જ્યારે શોષણ સ્પેક્ટ્રમ બદલાય છે, તેનો અર્થ એ છે કે રેઝોનન્ટ તરંગલંબાઇ અને/અથવા શોષણની ટોચની તીવ્રતા અને/અથવા FWHM ના ત્રણ પરિબળો 1, 2, 3, 4 દ્વારા બદલાઈ શકે છે. નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટીઓ પર, જે સીધા કણોના કદ, સ્થાનિક સપાટી સાથે સંબંધિત છે. પાતળી ફિલ્મોને બદલે નેનોપાર્ટિકલ્સમાં પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ, મોલેક્યુલર શોષણને ઓળખવા માટે એક અસરકારક પરિબળ છે14, જેમ કે રુઇઝ એટ અલ દ્વારા પણ નિર્દેશિત કરવામાં આવ્યો છે.સૂક્ષ્મ કણો અને શોધ કાર્યક્ષમતા વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે15.
CO ગેસની ઓપ્ટિકલ શોધ અંગે, સાહિત્યમાં કેટલીક સંયુક્ત સામગ્રીઓ જેમ કે AuCo3O416, Au-CuO17 અને Au-YSZ18ની જાણ કરવામાં આવી છે.અમે સોનાને સંયુક્ત સપાટી પર રાસાયણિક રીતે શોષાયેલા ગેસના અણુઓને શોધવા માટે મેટલ ઓક્સાઇડ સાથે એકીકૃત એક ઉમદા ધાતુ તરીકે વિચારી શકીએ છીએ, પરંતુ સેન્સરની મુખ્ય સમસ્યા ઓરડાના તાપમાને તેમની પ્રતિક્રિયા છે, જે તેમને અગમ્ય બનાવે છે.
છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં, અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી (AFM) નો ઉપયોગ ઉચ્ચ નેનોસ્કેલ રિઝોલ્યુશન 19,20,21,22 પર ત્રિ-પરિમાણીય સપાટી માઇક્રોમોર્ફોલોજીને દર્શાવવા માટે અદ્યતન તકનીક તરીકે કરવામાં આવે છે.આ ઉપરાંત, સ્ટીરિયો, ફ્રેકટલ/મલ્ટીફ્રેક્ટલ એનાલિસિસ23,24,25,26, પાવર સ્પેક્ટ્રલ ડેન્સિટી (PSD)27 અને મિન્કોવસ્કી28 ફંક્શનલ્સ એ પાતળી ફિલ્મોની સપાટીની ટોપોગ્રાફી દર્શાવવા માટેના અત્યાધુનિક સાધનો છે.
આ અભ્યાસમાં, સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ (LSPR) શોષણના આધારે, એસીટીલીન (C2H2) Cu/Ni NP ટ્રેસને CO ગેસ સેન્સર તરીકે ઉપયોગ કરવા માટે ઓરડાના તાપમાને જમા કરવામાં આવ્યા હતા.રધરફોર્ડ બેકસ્કેટર સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (RBS) નો ઉપયોગ AFM ઈમેજીસમાંથી રચના અને મોર્ફોલોજીનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, અને સપાટીના આઇસોટ્રોપી અને સપાટીના માઇક્રોટેક્સચરના તમામ વધારાના માઇક્રોમોર્ફોલોજિકલ પરિમાણોનો અભ્યાસ કરવા માટે MountainsMap® પ્રીમિયમ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને 3D ટોપોગ્રાફિક નકશા પર પ્રક્રિયા કરવામાં આવી હતી.બીજી બાજુ, નવા વૈજ્ઞાનિક પરિણામો દર્શાવવામાં આવ્યા છે જે ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ પર લાગુ કરી શકાય છે અને રાસાયણિક ગેસ શોધ (CO) માટેની અરજીઓમાં ખૂબ રસ ધરાવે છે.સાહિત્ય પ્રથમ વખત આ નેનોપાર્ટિકલના સંશ્લેષણ, લાક્ષણિકતા અને એપ્લિકેશનનો અહેવાલ આપે છે.
Cu/Ni નેનોપાર્ટિકલ્સની પાતળી ફિલ્મ 13.56 MHz પાવર સપ્લાય સાથે RF સ્પુટરિંગ અને RF-PECVD કો-ડિપોઝિશન દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવી હતી.પદ્ધતિ વિવિધ સામગ્રી અને કદના બે ઇલેક્ટ્રોડ સાથે રિએક્ટર પર આધારિત છે.નાનું એ એનર્જાઇઝ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ધાતુ છે, અને મોટા એક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ચેમ્બર દ્વારા એકબીજાથી 5 સે.મી.ના અંતરે ગ્રાઉન્ડ થાય છે.ચેમ્બરમાં SiO 2 સબસ્ટ્રેટ અને Cu ટાર્ગેટ મૂકો, પછી ઓરડાના તાપમાને બેઝ પ્રેશર તરીકે ચેમ્બરને 103 N/m 2 પર ખાલી કરો, ચેમ્બરમાં એસિટિલીન ગેસ દાખલ કરો, અને પછી આસપાસના દબાણ પર દબાણ કરો.આ પગલામાં એસિટિલીન ગેસનો ઉપયોગ કરવાના બે મુખ્ય કારણો છે: પ્રથમ, તે પ્લાઝ્મા ઉત્પાદન માટે વાહક ગેસ તરીકે કામ કરે છે, અને બીજું, કાર્બનની માત્રામાં નેનોપાર્ટિકલ્સ તૈયાર કરવા માટે.ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા અનુક્રમે 3.5 N/m2 અને 80 W ના પ્રારંભિક ગેસ દબાણ અને RF પાવર પર 30 મિનિટ માટે હાથ ધરવામાં આવી હતી.પછી શૂન્યાવકાશ તોડો અને લક્ષ્યને Ni માં બદલો.ડિપોઝિશન પ્રક્રિયાને અનુક્રમે 2.5 N/m2 અને 150 W ના પ્રારંભિક ગેસ દબાણ અને RF પાવર પર પુનરાવર્તિત કરવામાં આવી હતી.છેલ્લે, એસીટીલીન વાતાવરણમાં જમા થયેલ તાંબા અને નિકલ નેનોપાર્ટિકલ્સ કોપર/નિકલ નેનોસ્ટ્રક્ચર બનાવે છે.નમૂનાની તૈયારી અને ઓળખકર્તાઓ માટે કોષ્ટક 1 જુઓ.
10-20 μm/મિનિટની સ્કેનિંગ ઝડપે બિન-સંપર્ક મોડમાં નેનોમીટર મલ્ટિમોડ એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપ (ડિજિટલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ, સાન્ટા બાર્બરા, CA) નો ઉપયોગ કરીને 1 μm × 1 μm ચોરસ સ્કેન વિસ્તારમાં તાજા તૈયાર નમૂનાઓની 3D છબીઓ રેકોર્ડ કરવામાં આવી હતી. .સાથે.MountainsMap® પ્રીમિયમ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ 3D AFM ટોપોગ્રાફિક નકશા પર પ્રક્રિયા કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.ISO 25178-2:2012 29,30,31 મુજબ, કેટલાક મોર્ફોલોજિકલ પરિમાણોનું દસ્તાવેજીકરણ અને ચર્ચા કરવામાં આવી છે, ઊંચાઈ, કોર, વોલ્યુમ, અક્ષર, કાર્ય, જગ્યા અને સંયોજનને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
હાઇ-એનર્જી રધરફોર્ડ બેકસ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (RBS) નો ઉપયોગ કરીને MeV ના ઓર્ડર પર તાજા તૈયાર નમૂનાઓની જાડાઈ અને રચનાનો અંદાજ લગાવવામાં આવ્યો હતો.ગેસ પ્રોબિંગના કિસ્સામાં, LSPR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ UV-Vis સ્પેક્ટ્રોમીટરનો ઉપયોગ કરીને 350 થી 850 nm ની તરંગલંબાઇની શ્રેણીમાં કરવામાં આવ્યો હતો, જ્યારે પ્રતિનિધિ નમૂના 5.2 સેમીના વ્યાસ અને 13.8 સેમીની ઊંચાઈ સાથે બંધ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ક્યુવેટમાં હતો. 99.9 % CO ગેસ પ્રવાહ દરની શુદ્ધતા પર (એરિયન ગેસ કંપની IRSQ ધોરણ મુજબ, 180 સેકન્ડ અને 600 સેકન્ડ માટે 1.6 થી 16 l/h).આ પગલું ઓરડાના તાપમાને, આસપાસની ભેજ 19% અને ફ્યુમ હૂડ પર હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું.
આયન સ્કેટરિંગ ટેકનિક તરીકે રધરફોર્ડ બેકસ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ પાતળી ફિલ્મોની રચનાનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કરવામાં આવશે.આ અનન્ય પદ્ધતિ સંદર્ભ ધોરણનો ઉપયોગ કર્યા વિના જથ્થાને મંજૂરી આપે છે.RBS વિશ્લેષણ નમૂના પર MeV ના ક્રમ પર ઉચ્ચ ઊર્જા (He2+ આયનો, એટલે કે આલ્ફા કણો) ને માપે છે અને આપેલ ખૂણા પર He2+ આયનો પાછળ વિખેરાયેલા છે.SIMNRA કોડ સીધી રેખાઓ અને વળાંકોના મોડેલિંગમાં ઉપયોગી છે, અને પ્રાયોગિક RBS સ્પેક્ટ્રા સાથે તેનો પત્રવ્યવહાર તૈયાર નમૂનાઓની ગુણવત્તા દર્શાવે છે.Cu/Ni NP નમૂનાનું RBS સ્પેક્ટ્રમ આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવ્યું છે, જ્યાં લાલ રેખા પ્રાયોગિક RBS સ્પેક્ટ્રમ છે, અને વાદળી રેખા એ SIMNRA પ્રોગ્રામનું અનુકરણ છે, તે જોઈ શકાય છે કે બે વર્ણપટ રેખાઓ સારી છે. કરારનમૂનામાંના તત્વોને ઓળખવા માટે 1985 keV ની ઉર્જા સાથેની ઘટના બીમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.ઉપલા સ્તરની જાડાઈ લગભગ 40 1E15Atom/cm2 છે જેમાં 86% Ni, 0.10% O2, 0.02% C અને 0.02% Fe છે.ફે એ સ્પુટરિંગ દરમિયાન Ni ​​લક્ષ્યમાં અશુદ્ધિઓ સાથે સંકળાયેલું છે.અંતર્ગત Cu અને Ni ના શિખરો અનુક્રમે 1500 keV પર અને C અને O2 ના શિખરો અનુક્રમે 426 keV અને 582 keV પર દેખાય છે.Na, Si, અને Fe સ્ટેપ્સ અનુક્રમે 870 keV, 983 keV, 1340 keV અને 1823 keV છે.
Cu અને Cu/Ni NP ફિલ્મ સપાટીઓની સ્ક્વેર 3D ટોપોગ્રાફિક AFM છબીઓ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે.2. વધુમાં, દરેક આકૃતિમાં પ્રસ્તુત 2D ટોપોગ્રાફી દર્શાવે છે કે ફિલ્મની સપાટી પર જોવામાં આવેલ NPs ગોળાકાર આકારમાં એકીકૃત થાય છે, અને આ મોર્ફોલોજી ગોડસેલાહી અને Armand32 અને Armand et al.33 દ્વારા વર્ણવેલ સમાન છે.જો કે, અમારા Cu NPs સંકલિત ન હતા, અને માત્ર Cu ધરાવતા નમૂનામાં ખરબચડી (ફિગ. 2a) કરતાં વધુ ઝીણા શિખરો સાથે નોંધપાત્ર રીતે સરળ સપાટી દર્શાવવામાં આવી હતી.તેનાથી વિપરિત, CuNi15 અને CuNi20 નમૂનાઓ પર ખુલ્લા શિખરો સ્પષ્ટ ગોળાકાર આકાર અને ઉચ્ચ તીવ્રતા ધરાવે છે, જેમ કે Fig. 2a અને b માં ઊંચાઈના ગુણોત્તર દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે.ફિલ્મ મોર્ફોલોજીમાં દેખીતો ફેરફાર સૂચવે છે કે સપાટી પર વિવિધ ટોપોગ્રાફિકલ અવકાશી બંધારણો છે, જે નિકલ જમા થવાના સમયથી પ્રભાવિત થાય છે.
Cu (a), CuNi15 (b), અને CuNi20 (c) પાતળી ફિલ્મોની AFM છબીઓ.યોગ્ય 2D નકશા, એલિવેશન વિતરણ અને એબોટ ફાયરસ્ટોન વળાંક દરેક ઈમેજમાં એમ્બેડ કરેલા છે.
FIG માં બતાવ્યા પ્રમાણે ગૌસીયન ફીટનો ઉપયોગ કરીને 100 નેનોપાર્ટિકલ્સને માપીને મેળવેલા વ્યાસ વિતરણ હિસ્ટોગ્રામ પરથી નેનોપાર્ટિકલ્સના સરેરાશ અનાજના કદનો અંદાજ લગાવવામાં આવ્યો હતો.તે જોઈ શકાય છે કે Cu અને CuNi15 પાસે સમાન સરેરાશ અનાજના કદ (27.7 અને 28.8 nm) છે, જ્યારે CuNi20 પાસે નાના અનાજ (23.2 nm) છે, જે ગોડસેલાહી એટ અલ દ્વારા નોંધાયેલા મૂલ્યની નજીક છે.34 (લગભગ 24 એનએમ).બાયમેટાલિક સિસ્ટમ્સમાં, સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સના શિખરો અનાજના કદમાં ફેરફાર સાથે બદલાઈ શકે છે35.આ સંદર્ભમાં, આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ કે લાંબો Ni ડિપોઝિશન સમય આપણી સિસ્ટમની Cu/Ni પાતળી ફિલ્મોની સપાટીના પ્લાઝમોનિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે.
AFM ટોપોગ્રાફીમાંથી મેળવેલ (a) Cu, (b) CuNi15 અને (c) CuNi20 પાતળી ફિલ્મોનું કણ કદનું વિતરણ.
બલ્ક મોર્ફોલોજી પણ પાતળી ફિલ્મોમાં ટોપોગ્રાફિક સ્ટ્રક્ચર્સના અવકાશી રૂપરેખાંકનમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.કોષ્ટક 2 એ AFM નકશા સાથે સંકળાયેલ ઊંચાઈ-આધારિત ટોપોગ્રાફિક પરિમાણોને સૂચિબદ્ધ કરે છે, જે સરેરાશ રફનેસ (Sa), skewness (Ssk), અને kurtosis (Sku) ના સમય મૂલ્યો દ્વારા વર્ણવી શકાય છે.Sa મૂલ્યો અનુક્રમે 1.12 (Cu), 3.17 (CuNi15) અને 5.34 nm (CuNi20) છે, જે પુષ્ટિ કરે છે કે Ni ડિપોઝિશન સમય વધવા સાથે ફિલ્મો વધુ રફ બની જાય છે.આ મૂલ્યો અગાઉ અરમાન એટ અલ.33 (1–4 એનએમ), ગોડસેલાહી એટ અલ.34 (1–1.05 એનએમ) અને ઝેલુ એટ અલ.36 (1.91–6.32 એનએમ) દ્વારા નોંધાયેલા મૂલ્યો સાથે તુલનાત્મક છે, જ્યાં સમાન Cu/Ni NPs ની ફિલ્મો જમા કરવા માટે આ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને સ્પુટરિંગ કરવામાં આવ્યું હતું.જો કે, ઘોષ એટ અલ.37 એ ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન દ્વારા Cu/Ni મલ્ટિલેયર્સ જમા કરાવ્યા અને ઉચ્ચ રફનેસ મૂલ્યોની જાણ કરી, દેખીતી રીતે 13.8 થી 36 એનએમની રેન્જમાં.એ નોંધવું જોઈએ કે જુદી જુદી ડિપોઝિશન પદ્ધતિઓ દ્વારા સપાટીની રચનાના ગતિશાસ્ત્રમાં તફાવતો વિવિધ અવકાશી પેટર્ન સાથે સપાટીની રચના તરફ દોરી શકે છે.તેમ છતાં, તે જોઈ શકાય છે કે RF-PECVD પદ્ધતિ 6.32 nm કરતાં વધુની ખરબચડી સાથે Cu/Ni NPs ની ફિલ્મો મેળવવા માટે અસરકારક છે.
ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ માટે, ઉચ્ચ-ક્રમના આંકડાકીય ક્ષણો Ssk અને Sku અનુક્રમે ઊંચાઈ વિતરણની અસમપ્રમાણતા અને સામાન્યતા સાથે સંબંધિત છે.બધા Ssk મૂલ્યો સકારાત્મક છે (Ssk > 0), જે લાંબી જમણી પૂંછડી38 સૂચવે છે, જે ઇન્સેટ 2 માં ઉંચાઈ વિતરણ પ્લોટ દ્વારા પુષ્ટિ કરી શકાય છે. વધુમાં, તમામ ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ્સ તીવ્ર શિખર 39 (Sku > 3) દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે. , દર્શાવે છે કે વળાંક ઊંચાઈનું વિતરણ ગૌસીયન બેલ વળાંક કરતાં ઓછું સપાટ છે.ઊંચાઈ વિતરણ પ્લોટમાં લાલ રેખા એબોટ-ફાયરસ્ટોન 40 વળાંક છે, જે ડેટાના સામાન્ય વિતરણનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે યોગ્ય આંકડાકીય પદ્ધતિ છે.આ રેખા ઊંચાઈના હિસ્ટોગ્રામ પરના સંચિત સરવાળામાંથી મેળવવામાં આવે છે, જ્યાં સૌથી વધુ શિખર અને સૌથી ઊંડો ચાટ તેમના ન્યૂનતમ (0%) અને મહત્તમ (100%) મૂલ્યો સાથે સંબંધિત છે.આ એબોટ-ફાયરસ્ટોન વળાંકો y-અક્ષ પર એક સરળ S-આકાર ધરાવે છે અને તમામ કિસ્સાઓમાં સૌથી ખરબચડી અને સૌથી તીવ્ર શિખરથી શરૂ કરીને આવરી લેવામાં આવેલા વિસ્તારને પાર કરવામાં આવતી સામગ્રીની ટકાવારીમાં પ્રગતિશીલ વધારો દર્શાવે છે.આ સપાટીની અવકાશી રચનાની પુષ્ટિ કરે છે, જે મુખ્યત્વે નિકલ જમા થવાના સમય દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.
કોષ્ટક 3 એ AFM છબીઓમાંથી મેળવેલ દરેક સપાટી સાથે સંકળાયેલ ચોક્કસ ISO મોર્ફોલોજી પરિમાણોની યાદી આપે છે.તે જાણીતું છે કે એરિયા ટુ મટિરિયલ રેશિયો (Smr) અને કાઉન્ટર એરિયા ટુ મટિરિયલ રેશિયો (Smc) એ સપાટીના કાર્યાત્મક પરિમાણો છે29.ઉદાહરણ તરીકે, અમારા પરિણામો દર્શાવે છે કે સપાટીના મધ્ય સમતલની ઉપરનો પ્રદેશ તમામ ફિલ્મોમાં સંપૂર્ણ રીતે ટોચ પર છે (Smr = 100%).જો કે, Smr ના મૂલ્યો ભૂપ્રદેશ 41 ના બેરિંગ એરિયા ગુણાંકની વિવિધ ઊંચાઈઓ પરથી મેળવવામાં આવે છે, કારણ કે Smc પરિમાણ જાણીતું છે.Smc ની વર્તણૂક Cu → CuNi20 થી રફનેસમાં વધારા દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે, જ્યાં તે જોઈ શકાય છે કે CuNi20 માટે મેળવેલ સૌથી વધુ ખરબચડી મૂલ્ય Smc ~ 13 nm આપે છે, જ્યારે Cu માટે મૂલ્ય લગભગ 8 nm છે.
સંમિશ્રણ પરિમાણો RMS ગ્રેડિયન્ટ (Sdq) અને વિકસિત ઇન્ટરફેસ એરિયા રેશિયો (Sdr) ટેક્સચર ફ્લેટનેસ અને જટિલતા સાથે સંબંધિત પરિમાણો છે.Cu → CuNi20 થી, Sdq મૂલ્યો 7 થી 21 સુધીની હોય છે, જે દર્શાવે છે કે જ્યારે Ni સ્તર 20 મિનિટ માટે જમા કરવામાં આવે ત્યારે ફિલ્મોમાં ટોપોગ્રાફિક અનિયમિતતા વધે છે.એ નોંધવું જોઈએ કે CuNi20 ની સપાટી Cu ની સપાટી જેટલી સપાટ નથી.વધુમાં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે પરિમાણ Sdr નું મૂલ્ય, સપાટીના માઇક્રોટેક્ચરની જટિલતા સાથે સંકળાયેલું છે, Cu → CuNi20 થી વધે છે.Kamble et al.42 દ્વારા કરવામાં આવેલા અભ્યાસ મુજબ, Sdr વધવા સાથે સપાટીના માઇક્રોટેક્સચરની જટિલતા વધે છે, જે દર્શાવે છે કે CuNi20 (Sdr = 945%) Cu Films (Sdr = 229%) ની સરખામણીમાં વધુ જટિલ સપાટી માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર ધરાવે છે..વાસ્તવમાં, રચનાની માઇક્રોસ્કોપિક જટિલતામાં ફેરફાર રફ શિખરોના વિતરણ અને આકારમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, જે પીક ડેન્સિટી (Spd) અને અંકગણિત સરેરાશ પીક વક્રતા (Spc) ના લાક્ષણિક પરિમાણો પરથી જોઈ શકાય છે.આ સંદર્ભમાં, Cu → CuNi20 થી Spd વધે છે, જે દર્શાવે છે કે શિખરો Ni સ્તરની જાડાઈમાં વધારો સાથે વધુ ગીચ રીતે ગોઠવાયેલા છે.વધુમાં, Cu→CuNi20 થી Spc પણ વધે છે, જે દર્શાવે છે કે Cu નમૂનાની સપાટીનો ટોચનો આકાર વધુ ગોળાકાર છે (Spc = 612), જ્યારે CuNi20 તીક્ષ્ણ છે (Spc = 925).
દરેક ફિલ્મની ખરબચડી રૂપરેખા સપાટીના શિખર, મુખ્ય અને ચાટ પ્રદેશોમાં અલગ અવકાશી પેટર્ન પણ દર્શાવે છે.કોર (Sk) ની ઊંચાઈ, ઘટતી ટોચ (Spk) (કોર ઉપર), અને ચાટ (Svk) (કોર નીચે) 31,43 એ સપાટીના સમતલ પર લંબરૂપ માપવામાં આવેલા પરિમાણો છે30 અને Cu → CuNi20 થી વધે છે. સપાટીની ખરબચડી નોંધપાત્ર વધારોએ જ રીતે, પીક મટીરીયલ (Vmp), કોર મટીરીયલ (Vmc), ટ્રફ વોઈડ (Vvv), અને કોર વોઈડ વોલ્યુમ (Vvc)31 એ જ વલણ દર્શાવે છે કારણ કે તમામ મૂલ્યો Cu → CuNi20 થી વધે છે.આ વર્તણૂક સૂચવે છે કે CuNi20 સપાટી અન્ય નમૂનાઓ કરતાં વધુ પ્રવાહી પકડી શકે છે, જે હકારાત્મક છે, જે સૂચવે છે કે આ સપાટીને સ્મીયર કરવા માટે સરળ છે.તેથી, એ નોંધવું જોઈએ કે જેમ જેમ નિકલ સ્તરની જાડાઈ CuNi15 → CuNi20 થી વધે છે, ટોપોગ્રાફિક પ્રોફાઇલમાં ફેરફારો ઉચ્ચ-ક્રમના મોર્ફોલોજિકલ પરિમાણોમાં થતા ફેરફારોથી પાછળ રહે છે, જે સપાટીના માઇક્રોટેક્ચર અને ફિલ્મની અવકાશી પેટર્નને અસર કરે છે.
કોમર્શિયલ MountainsMap45 સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને AFM ટોપોગ્રાફિક નકશો બનાવીને ફિલ્મની સપાટીના માઇક્રોસ્કોપિક ટેક્સચરનું ગુણાત્મક મૂલ્યાંકન મેળવવામાં આવ્યું હતું.રેન્ડરીંગ આકૃતિ 4 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે સપાટીના સંદર્ભમાં એક પ્રતિનિધિ ખાંચ અને ધ્રુવીય પ્લોટ દર્શાવે છે.કોષ્ટક 4 સ્લોટ અને જગ્યા વિકલ્પોની યાદી આપે છે.ગ્રુવ્સની છબીઓ દર્શાવે છે કે નમૂનામાં ગ્રુવ્સની ઉચ્ચારણ એકરૂપતા સાથે ચેનલોની સમાન સિસ્ટમ દ્વારા પ્રભુત્વ છે.જો કે, મહત્તમ ગ્રુવ ડેપ્થ (MDF) અને એવરેજ ગ્રુવ ડેપ્થ (MDEF) બંને માટેના પરિમાણો Cu થી CuNi20 સુધી વધે છે, જે CuNi20 ની લ્યુબ્રિસિટી સંભવિતતા વિશે અગાઉના અવલોકનોની પુષ્ટિ કરે છે.એ નોંધવું જોઈએ કે Cu (Fig. 4a) અને CuNi15 (Fig. 4b) નમૂનાઓમાં વ્યવહારીક રીતે સમાન રંગના ભીંગડા છે, જે દર્શાવે છે કે 15 માટે ની ફિલ્મ જમા થયા પછી Cu ફિલ્મની સપાટીના માઇક્રોટેક્ચરમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો થયા નથી. મિનિટતેનાથી વિપરીત, CuNi20 નમૂના (ફિગ. 4c) વિવિધ રંગના ભીંગડા સાથે કરચલીઓ દર્શાવે છે, જે તેના ઉચ્ચ MDF અને MDEF મૂલ્યો સાથે સંબંધિત છે.
Cu (a), CuNi15 (b), અને CuNi20 (c) ફિલ્મોના માઇક્રોટેક્ષ્ચરના ગ્રુવ્સ અને સપાટીની આઇસોટ્રોપી.
ફિગમાં ધ્રુવીય રેખાકૃતિ.4 એ પણ બતાવે છે કે સપાટીનું માઇક્રોટેક્ચર અલગ છે.તે નોંધનીય છે કે ની સ્તરનું નિરાકરણ અવકાશી પેટર્નમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરે છે.નમૂનાઓની ગણતરી કરેલ માઇક્રોટેક્સ્ટચરલ આઇસોટ્રોપી 48% (Cu), 80% (CuNi15), અને 81% (CuNi20) હતી.તે જોઈ શકાય છે કે ની સ્તરનું નિરાકરણ વધુ આઇસોટ્રોપિક માઇક્રોટેક્ષ્ચરની રચનામાં ફાળો આપે છે, જ્યારે સિંગલ લેયર ક્યુ ફિલ્મમાં વધુ એનિસોટ્રોપિક સપાટી માઇક્રોટેક્ચર હોય છે.વધુમાં, CuNi15 અને CuNi20 ની પ્રબળ અવકાશી આવર્તન તેમની મોટી સ્વતઃસંબંધ લંબાઈ (Sal)44 Cu નમૂનાઓની સરખામણીમાં ઓછી છે.આને આ નમૂનાઓ (ધોરણ = 2.5° અને ધોરણ = 3.5°) દ્વારા પ્રદર્શિત સમાન અનાજ અભિગમ સાથે પણ જોડવામાં આવે છે, જ્યારે Cu નમૂના (ધોરણ = 121°) માટે ખૂબ જ મોટું મૂલ્ય નોંધવામાં આવ્યું હતું.આ પરિણામોના આધારે, તમામ ફિલ્મો વિવિધ મોર્ફોલોજી, ટોપોગ્રાફિક રૂપરેખાઓ અને ખરબચડીને કારણે લાંબા અંતરની અવકાશી ભિન્નતા દર્શાવે છે.આમ, આ પરિણામો દર્શાવે છે કે Ni સ્તર જમા થવાનો સમય CuNi બાયમેટાલિક સ્પુટર્ડ સપાટીઓના નિર્માણમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
ઓરડાના તાપમાને હવામાં Cu/Ni NPs ની LSPR વર્તણૂકનો અભ્યાસ કરવા અને વિવિધ CO ગેસ ફ્લક્સ પર, UV-Vis શોષણ સ્પેક્ટ્રા 350–800 nm ની તરંગલંબાઇ શ્રેણીમાં લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા, જેમ કે CuNi15 અને CuNi20 માટે આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.વિવિધ CO ગેસ પ્રવાહની ઘનતા રજૂ કરીને, અસરકારક LSPR CuNi15 શિખર વધુ વ્યાપક બનશે, શોષણ વધુ મજબૂત બનશે, અને શિખર હવાના પ્રવાહમાં 597.5 nm થી 16 L/h 606.0 nm સુધી, ઉચ્ચ તરંગલંબાઇમાં શિફ્ટ (રેડશિફ્ટ) થશે.180 સેકન્ડ માટે CO પ્રવાહ, 606.5 nm, CO પ્રવાહ 16 l/h 600 સેકન્ડ માટે.બીજી તરફ, CuNi20 એક અલગ વર્તન દર્શાવે છે, તેથી CO ગેસના પ્રવાહમાં વધારો થવાથી LSPR પીક વેવલેન્થ પોઝિશન (બ્લુશિફ્ટ) માં 600.0 nm થી હવાના પ્રવાહમાં 16 l/h CO પ્રવાહ પર 589.5 nm સુધી 180 s માટે ઘટાડો થાય છે. .589.1 nm પર 600 સેકન્ડ માટે 16 l/h CO પ્રવાહ.CuNi15 ની જેમ, આપણે CuNi20 માટે વિશાળ શિખર અને વધેલી શોષણ તીવ્રતા જોઈ શકીએ છીએ.એવો અંદાજ લગાવી શકાય છે કે Cu પર Ni સ્તરની જાડાઈમાં વધારો થવાથી, તેમજ CuNi15 ને બદલે CuNi20 નેનોપાર્ટિકલ્સના કદ અને સંખ્યામાં વધારા સાથે, Cu અને Ni કણો એકબીજાની નજીક આવે છે, ઇલેક્ટ્રોનિક ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર વધે છે. , અને, પરિણામે, આવર્તન વધે છે.જેનો અર્થ થાય છે: તરંગલંબાઇ ઘટે છે, વાદળી પાળી થાય છે.