home Productietechnologie Fabricage-apparatuur
Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Nanomaterialen

Fotoluminescentieonderzoek naar de invloed van additief ammoniumhydroxide in hydrothermisch gekweekte ZnO-nanodraden

Abstract

We rapporteren de invloed van ammoniumhydroxide (NH4 OH), als groeiadditief, op zinkoxide nanomateriaal door de optische respons verkregen door fotoluminescentie (PL). Een hydrothermisch proces bij lage temperatuur wordt gebruikt voor de groei van ZnO-nanodraden (NW's) op een pitloos Au-oppervlak. Een verandering van meer dan twee orde van grootte in ZnO NW-dichtheid wordt aangetoond door zorgvuldige toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. Verder laten we door systematisch experimenteel onderzoek en PL-karakteriseringsgegevens zien dat de toevoeging van NH4 OH kan de optische respons van geproduceerde ZnO NW's verslechteren. De verhoging van de basiciteit van de groeioplossing met de toevoeging van NH4 OH kan de optische respons van NW's langzaam verslechteren door de oppervlakken langzaam te etsen, waardoor de puntdefecten in ZnO NW's toenemen. De huidige studie toont het belang aan van groeivoedingsstoffen om op kwaliteit gecontroleerde, afstembare ZnO NW's te verkrijgen op zaadloze geleidende substraten.

Achtergrond

Aanzienlijke ontwikkelingen in de synthese van functionele nanomaterialen via bottom-up benaderingen bieden nu hoogwaardige materialen voor de ontwikkeling van efficiënte elektronische apparaten van de volgende generatie [1,2,3,4,5]. Het onderzoeksgebied van de ZnO heeft een hernieuwde belangstelling getoond na de succesvolle demonstratie van de groei van monokristallijne nanostructuren (nanobelt) [6]. Daarna blijft het gebruik van hoogwaardige, monokristallijne halfgeleidende ZnO-nanostructuren voor de assemblage van hoogwaardige elektronica enorme onderzoeksinteresse wekken op het gebied van displays [7, 8], logische circuits [9, 10], sensoren [ 11, 12] en opto-elektronica [13]. De hernieuwde belangstelling voor ZnO-materiaal is grotendeels te danken aan de biocompatibiliteit, de gemakkelijke fabricage van nanostructuren en de grote familie van haalbare nanomorfologieën [14, 15]. Van de verschillende ZnO-nanoarchitecturen zijn eendimensionale (1D) ZnO-nanodraden (NW's) en nanostaafjes (NR's) uitgebreid onderzocht als een actief halfgeleidend materiaal in apparaten op nanoschaal zoals veldeffecttransistoren (FET's) [16], nanogeneratoren ( NG's) [17] of sensoren [12].

Idealiter is een goed stoichiometrische ZnO een isolator. In zijn niet-stoichiometrische vorm kan het zich echter gedragen als halfgeleider of geleider, afhankelijk van het aantal gecreëerde oorspronkelijke puntdefecten en/of de hoeveelheid ingebrachte dotering. Het is aangetoond dat defecten in nanogestructureerd ZnO een centrale rol spelen bij het bepalen van de prestaties van elektronische apparaten, zoals voor sensoren [18] en/of nanogeneratoren [17, 19], door de vrije ladingsdichtheid, de levensduur van minderheidsdragers en luminescentie efficiëntie. Er is bijvoorbeeld [18] aangetoond dat zeer gevoelige UV-sensoren kunnen worden verkregen door het aantal oppervlaktedefecten in ZnO NW's te vergroten. Deze oppervlaktedefecten kunnen fungeren als vangcentra voor vrije elektronen en resulteren in de vorming van een oppervlaktedepletielaag. Hoe groter de diepte van het uitputtingsgebied aan het NW-oppervlak, hoe hoger de UV-gevoeligheid. Aan de andere kant heeft een te groot aantal defecten nadelige effecten op de prestaties van het NG-apparaat [17, 19]. Daarom is een perfecte controle over de kwaliteit van het geproduceerde ZnO-nanomateriaal essentieel om een ​​hoogwaardig elektronisch apparaat te bouwen.

Verschillende bottom-up groeitechnieken, waaronder vlamtransportbenadering [20,21,22,23], damp-vloeistof-vast (VLS) [24], elektrochemische depositie [25] en hydrothermische en/of chemische baddepositie [16, 26,27,28,29] zijn gebruikt voor de synthese van 1D ZnO NW's. Desalniettemin zijn de meeste technieken beperkt door hun hoge temperatuurproces dat niet tegen zeer lage kosten kan worden opgeschaald over een groot apparaatoppervlak, bijvoorbeeld op plastic substraten. De behoefte aan een gemakkelijke, industrieel schaalbare en substraatonafhankelijke synthese van ZnO NW's heeft geleid tot aanzienlijke vooruitgang in de richting van het hydrothermale groeiproces [16, 17]. Hydrothermische groei (HTG) is een proces bij lage temperatuur waarbij monokristallijn 1D-materiaal kan worden geproduceerd op verschillende substraten, waaronder kunststoffen of zelfs textielvezels [30]. Over het algemeen vertonen HTG-gegroeide ZnO NW's een intense bandpiek van defectniveau in foto-emissiespectra die zich uitbreidt van blauwe naar rode kleurgolflengte-emissie, afhankelijk van het type defect in het nanomateriaal [31]. In de literatuur worden veel verschillende puntdefecten zoals zuurstof- en zinkvacatures (VO en VZn ) en interstitial (Oi en Zni ), antisites (OZn en ZnO ), en waterstofverontreinigingen werden geïdentificeerd als de oorzaak van de emissieband op defectniveau in fotoluminescentie (PL) [32]. De zichtbare PL-band bestaat uit drie Gauss-componenten bij 2,52, 2,23 en 2,03 eV, respectievelijk aangeduid als blauwe IB , groen IG , en oranje IO piekemissie [33]. Maar zelfs na jaren van onderzoek is de oorsprong van deze defecte toestanden nog steeds een onderwerp van discussie. Niettemin, ongeacht de oorzaak van defecten in ZnO, voorspelt de verhouding van de band-naar-band overgang (UV-emissie) tot de defectgerelateerde piekintensiteit in het PL-spectrum de optische respons van het geproduceerde nanomateriaal [18, 34].

Groeiproces met een in situ integratie van ZnO NW's over een metalen elektrode zonder enige ZnO-zaadlaag kan het ladingstransportproces over de metaal-halfgeleider (MS) contactinterface verbeteren en kan bijgevolg de apparaatprestaties verbeteren [35]. Ammoniumhydroxide (NH4 OH) is vaak gebruikt voor de groei van ZnO NW's op Au-metaaloppervlakken [35, 36]. In ons vorige werk laten we bijvoorbeeld zien dat NH4 OH kan worden gebruikt voor gelijktijdige afstemming van de NW-dichtheid en elektrische eigenschappen van de ZnO NW's die op zaadloos Au-oppervlak zijn gekweekt [5]. Rapporteer echter het effect van de toevoeging van NH4 OH over de optische respons van het geproduceerde ZnO-nanomateriaal op Au-oppervlak wordt zelden in de literatuur gevonden. In het huidige rapport bestuderen we de optische respons van het ZnO-materiaal door de defectgerelateerde emissie en UV-emissie in het PL-spectrum van NW's die zijn gekweekt in verschillende NH4 OH-concentraties. Twee dominante pieken, opgemerkt in de PL-grafiek, zijn gecentreerd op 3,24 eV (382 nm) en 2,23 eV (556 nm), respectievelijk aangeduid als ultraviolette (UV) emissie (IUV ) en emissieniveau groen defect (IG ) pieken. De geëxtraheerde verhouding IUV /IG geeft een kwalitatieve index van de hoeveelheid stralingsdefect in het geproduceerde nanomateriaal. Het effect van NH4 OH wordt verder bevestigd door een nieuwe reeks experimenten en PL-karakteriseringen uit te voeren. In deze tweede reeks experimenten hebben we ZnO NW's gekweekt zonder NH4 OH en voerde vervolgens een nagroeibehandeling uit van NW's in ammoniakoplossing met verschillende pH. We ontdekten een vergelijkbare trend van afname van de verhouding IUV /IG voor beide reeksen monsters, d.w.z. die welke in verschillende NH4 . zijn gekweekt OH-concentratie en de andere na de groei behandeld in NH4 OH.

Methoden

De ZnO NW's worden gekweekt door hydrothermisch groeiproces op (100) georiënteerde Si-wafels. Een monster van 2 × 2 cm 2 hard silicium wordt eerst gereinigd in piranha-oplossing (1:1 H2 SO4 en H2 O2 ) gedurende 10 minuten gevolgd door een onderdompeling van 2 minuten in fluorwaterstofzuur (50%) om het dunne oxide dat is gevormd tijdens het reinigen van piranha's te verwijderen en ten slotte af te spoelen in gedeïoniseerd (DI) water. Deze reinigingsstap wordt gevolgd door drogen met stikstofgas en een laatste bakstap wordt uitgevoerd bij ~ -200 ° C om eventueel geadsorbeerd vocht te verwijderen vóór de metaalafzetting. Een goudlaag (~ 200 nm dik) wordt vervolgens afgezet door gelijkstroom sputtertechniek bij kamertemperatuur. Om de hechting tussen goud en silicium te verbeteren, leggen we met dezelfde techniek een laag titanium (~ 100 nm) af. De reactantvoorloper voor HTG bestaat uit een 1:1 verhouding van zinknitraathexahydraat (Zn (NO3 )2 ‚6H2 O, 98% Sigma Aldrich) en hexamethyleentetramine (HMTA, Sigma Aldrich). Tijdens de groei werden de substraten ondergedompeld met de voorkant naar beneden in een Teflon-beker, afgesloten in een roestvrijstalen autoclaafreactor en gedurende 15 uur in een voorverwarmde convectieoven op 85 ° C geplaatst. De autoclaaf wordt uit de oven gehaald en koelt op natuurlijke wijze af. De substraten worden vervolgens grondig gespoeld met stromend DI-water en gedroogd in N2 gasstroom. In de experimenten was de concentratie van NH4 OH wordt gevarieerd van 0 tot 50 mM. Een Hitachi S-4150 scanning elektronenmicroscoop (SEM) systeem wordt gebruikt voor de morfologische karakterisering van de ZnO NW's. De optische respons van de verkregen NW's opvolgen met verschillende NH4 OH-concentraties, fotoluminescentie (PL) metingen werden uitgevoerd; bij kamertemperatuur (RT), door met 1,5 mW de 325 nm lijn van een He−Cd-laser te pompen door een akoesto-optische modulator met een frequentie van 55 Hz. Verdere experimentele details voor PL-metingen zijn te vinden in Ref [33].

Resultaten en discussies

Om de huidige studie uit te voeren, worden ZnO NW's gekweekt met behulp van een HTG-proces met verschillende NH4 OH-concentratie bij 85 ° C. De parameters van het groeiproces worden vermeld in Tabel 1 en verdere details over de groei zijn te vinden in Ref. Boubenia et al. [5]. De verkregen groeiresultaten bij het variëren van NH4 OH-concentraties (van 0 tot 50 mM per stap van 10 mM) in de groeioplossing worden weergegeven in Fig. 1a-f; toont typische SEM-afbeeldingen in dwarsdoorsnede en bovenaanzicht die zijn verkregen uit de ZnO NW-monsters. Een verandering van meer dan twee ordes van grootte in NW-dichtheid wordt verkregen door zorgvuldige toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. Het mechanisme achter de NW-dichtheidsvariatie met NH4 OH-toevoeging kan worden gevonden in Boubenia et al. [5], waar de auteurs veronderstelden dat de hoeveelheid ammoniumhydroxide een direct effect heeft op de concentratie van Zn(II)-complexen, wat de Zn-oplosbaarheid in de oplossing grotendeels beïnvloedt. Dientengevolge kan de oververzadiging van de groeioplossing worden gecontroleerd en dus het aantal kernen over het substraat. Bovendien, samen met de dichtheid, bepaalt de aspectverhouding (AR) van de nanostructuren in hoge mate hun toepassing in flexibele elektronica waar hoge oppervlakte-tot-volumeverhoudingen nodig zijn voor verhoogde spanningsabsorptie. Bovendien is het aantal toestanden van oppervlaktedefecten recht evenredig met de AR van de NW's, wat een directe invloed heeft op de optische respons van het nanomateriaal. Vandaar variatie in AR van NW, met toenemende NH4 OH-concentratie wordt ook berekend met behulp van SEM-afbeeldingen. Afbeelding 1g toont een grafiek met de trend van de dichtheid en AR-variatie met toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. Met behulp van Fig. 1g kan worden gezien dat, als de NH4 De OH-concentratie neemt toe, zowel de NW-dichtheid als de AR nemen toe totdat de waarden verzadigen bij een ammoniumhydroxideconcentratie van 40 mM. Raman-spectroscopiemetingen bij kamertemperatuur, uitgevoerd op ZnO NW's gekweekt met verschillende NH4 OH-concentraties, bevestigen de wurtzietkristalstructuur van het geproduceerde nanomateriaal (Aanvullend bestand 1:Figuur S1) [5].

SEM-beelden van NW's die zijn gekweekt voor verschillende concentraties ammoniak. een 0 mM, b 10 mM, c 20 mM, d 30 mM, e 40 mM en f 50 mM. De inzet in elk paneel (a –e ) toont het bovenaanzicht SEM-beeld verkregen uit hetzelfde monster. De schaalbalk in de inzet is 500 nm. g De variatie in dichtheid en aspectverhouding van NW's met de verandering in NH4 OH-concentratie

Figuur 2a toont de PL-spectra gemeten bij kamertemperatuur voor NW's die zijn gekweekt met verschillende ammoniumhydroxideconcentraties. Het PL-spectrum van ZnO NW's heeft twee emissiebanden:een near-band-edge (NBE) lichtemissie en een brede diepe (zichtbare) emissie. De excitatie-energie die in de huidige studie wordt gebruikt, is 3,81 eV, wat zorgt voor een dragerpopulatie van het geleidingsbandminimum. De sterke en smalle UV-emissiepiek, gecentreerd op 3,24 eV voor alle gevallen, is het gevolg van het samenvoegen van de verschillende exciton-gerelateerde emissies nabij de bandrand, inclusief recombinatie van vrije excitonen en de longitudinale optische (LO)-fonon replica's, [37] vrij-naar-neutrale acceptorovergangen, [38] en donor-acceptorpaar-recombinatie [39], afhankelijk van de lokale roosterconfiguratie en de aanwezigheid van defecten [40,41,42]. Uit figuur 2a kunnen we ook een brede emissie op zichtbaar niveau waarnemen die zich uitbreidt van groene naar oranje kleurgolflengte. De aanwezigheid van een brede zichtbare emissiepiek kan worden verklaard met de hypothese van het bestaan ​​van meerdere defecten en/of defectcomplexen die dominant aanwezig zijn aan het oppervlak van ZnO-nanostructuren [34, 43]. Ondanks een aantal rapporten over de aanwezigheid van zichtbare emissie in het PL-spectrum van ZnO, is er echter geen duidelijke consensus in de literatuur over de piekposities in het zichtbare gebied of over hun oorsprong. Er moet ook worden opgemerkt dat het, vanwege de grote variatie in dichtheid en aspectverhouding van monster tot monster (Fig. 1g), moeilijk is om dezelfde hoeveelheid materiaal voor dergelijke verschillende monsters te onderzoeken. Daarom kunnen we de emissie-intensiteit voor deze monsters niet rechtstreeks vergelijken. Niettemin voorspelt de verhouding van de grootte van de UV-emissiepiekintensiteit met betrekking tot defectgerelateerde piekintensiteit, in het PL-spectrum, de optische respons van het geproduceerde nanomateriaal. Alle zichtbare spectra kunnen met succes worden aangepast door drie defectgerelateerde zichtbare luminescentietoestanden, namelijk blauw, groen en oranje. In figuur 2b wordt bijvoorbeeld de Gauss-fit van 40 mM NH4 weergegeven OH-monster voor de blauwe, groene en oranje toestanden, die dienovereenkomstig zijn gekleurd om hun relatieve verschillen te benadrukken. Hier moet worden opgemerkt, hoewel de PL-intensiteit voor zowel de UV- als de zichtbare emissiepiek varieert als gevolg van het verschil in geproduceerde massa voor variërende NH4 OH in oplossing, blijft de procentuele bijdrage voor de blauwe, groene en oranje toestanden hetzelfde. In figuur 2b wordt de procentuele bijdrage van elke defecte toestand, voor het 40 mM-monster, weergegeven, waaruit blijkt dat de belangrijkste bijdrage van zichtbare emissie gerelateerd is aan de groene defecttoestand. Om de optische respons van geproduceerd nanomateriaal op te volgen, is het daarom redelijk om de intensiteitsverhouding van de UV-emissie (IUV ) naar groene defectstatus (IG ), die de hoogste procentuele bijdrage lijkt te hebben in de zichtbare spectra.

De resultaten van de PL-metingen. een De PL-spectra van de ZnO NW's gegroeid onder verschillende ammoniumhydroxideconcentraties. b Gedeconvolueerde Gauss-fit voor het 40 mM-monster tot blauwe, groene en oranje emissietoestanden en hun procentuele bijdragen aan zichtbare emissie. c De intensiteitsverhouding van UV- en groene emissiepiek als functie van NH4 OH-concentratie

Afbeelding 2c geeft de geëxtraheerde IUV . weer /IG verhouding voor elk geval van NW's die met verschillende ammoniakconcentraties zijn gekweekt, terwijl Tabel 2 de geëxtraheerde waarden weergeeft. Met behulp van Fig. 2c is te zien dat de IUV /IG verhouding neemt geleidelijk af na 20 mM NH4 OH in de groeioplossing. Bijvoorbeeld de IUV /IG waarde voor 40 mM ammoniak is drie keer lager dan die van het monster "geen ammoniak", wat wijst op een toename van zichtbare defecttoestanden bij toevoeging van ammoniak. In het algemeen kunnen er twee mogelijke redenen zijn voor de waargenomen experimentele toename van zichtbare niveaudefecttoestanden:(i) toename van de aspectverhouding en (ii) toename van de basiciteit van de oplossing door toevoeging van ammoniumhydroxide. Gezien het eerste punt, kan de beeldverhouding grote invloed hebben op de intensiteit van emissie op zichtbaar niveau. Bijvoorbeeld Djurisic et al. voerde een diepgaande PL-analyse uit op ZnO-nanostructuren en concludeerde dat groene luminescentie in ZnO PL-spectra waarschijnlijk afkomstig is van enkele niet-paramagnetische defecten of defectcomplexen en dat het grootste deel afkomstig is van oppervlaktedefecten [34]. In Fig. 1g is te zien dat de beeldverhouding sterk toeneemt (L /d ) boven 20 mM NH4 OH-toevoeging, waarbij L en d zijn respectievelijk de lengte en diameter van de NW. Een grote AR betekent een aanzienlijke toename van de oppervlakte-tot-volumeverhouding, wat leidt tot een verhoogde emissie op defectniveau. Een vergelijkbare toename van de emissie op defectniveau met de toename van AR is gerapporteerd in Ref. [44] wat leidt tot een afname van de IUV /Ivis verhouding. De auteurs zijn er echter niet van overtuigd dat de toename van AR de enige reden kan zijn voor de waargenomen toename van de emissie-intensiteit van defecten. Ze wezen er verder op dat de verkregen resultaten erg gevoelig kunnen zijn voor de experimentele omstandigheden zoals excitatiedichtheid en stralingsgebied [44].

Een andere mogelijke reden voor de waargenomen toename van defecttoestanden in de NW's kan de toevoeging van NH4 zijn OH zelf. Chen et al. hebben aangetoond dat verschillende defecten kunnen worden geïnduceerd in hydrothermisch gekweekte ZnO NW's (met behulp van ZnO-zaadlaag) door de toevoeging van NH3 moleculen tijdens de groeifase [45]. Hoewel de toevoeging van NH4 OH is niet cruciaal voor de groei van ZnO NW's met behulp van ZnO-zaadlaag, voor de pitloze groei van ZnO NW's op Au-oppervlakken, de toevoeging van NH4 OH speelt een sleutelrol bij het beheersen van het aantal nucleatieplaatsen op het Au-oppervlak. Alenezi et al. verklaarde de ZnO NW-dichtheidsvariatie op het kale Au-oppervlak door te stellen dat zonder NH4 OH, voornamelijk Zn 2+ ionen zijn beschikbaar, terwijl het gebruik van ammoniumhydroxide beperkt is, wat de snelheid van homogene kiemvorming aanzienlijk verlaagt en de heterogene aanmoedigt. Soortgelijke waarnemingen worden gerapporteerd door Boubenia et al. [5], waar meer dan twee orden van NW-dichtheid kunnen worden gevarieerd door zorgvuldige controle van NH4 OH-concentratie in de groeioplossing. Auteurs claimen verder een toename van de dichtheid van gratis ladingsdragers, terwijl de veldeffectmobiliteit afneemt naarmate de NH4 De OH-concentratie neemt toe, wat duidt op het ontstaan ​​van extra puntdefecten door de toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. Er worden echter geen PL-gegevens getoond om de gerapporteerde elektrische resultaten te bevestigen. De PL-resultaten getoond in Fig. 2 zijn volledig in overeenstemming met de elektrische resultaten gerapporteerd door Boubenia et al. [5], zoals vermeld in tabel 2, waar de gratis ladingsdichtheid toeneemt van 4,3 × 10 16 tot 2 × 10 17 cm − 3 als NH4 De OH-concentratie neemt toe van 0 tot 40 mM in de groeioplossing. Daarom kunnen we veronderstellen dat de toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing zorgt voor extra puntdefecten in de ZnO NW's. Desalniettemin hebben we, om deze hypothese te bevestigen, nog een reeks experimenten uitgevoerd waarbij de als gegroeide ZnO NW's, zonder toevoeging van NH4 OH, worden in oplossing behandeld met toenemende basiciteit. De details van de behandelingsexperimenten na de groei worden gegeven in Tabel 3.

De verkregen experimentele resultaten voor behandeling na de groei van NW's in ammoniakoplossing worden getoond in Fig. 3 en 4. Afbeelding 3 toont de overeenkomstige SEM-afbeeldingen van de monsters die in verschillende NH4 . zijn behandeld OH-concentraties. Uit de huidige reeks gegevens blijkt dat het oppervlak van het NW ruwer begint te worden met toenemende NH4 OH-concentratie, zelfs leidend tot de vorming van nano-heuvel op het polaire oppervlak van ZnO NW's voor 100 en 200 mM behandelde monsters. Het slechtste geval doet zich voor bij monsters die zijn behandeld met 100 en 200 mM NH4 OH, waar een paar NW's van de basis lijken te zijn gebroken en horizontaal over het substraat liggen. Bij verdere verhoging van de molariteit van NH4 OH-oplossing, meer dan 90% van de NW's is verbroken (gegevens niet getoond).

SEM-beelden verkregen van als gegroeide (ongerepte) ZnO NW's en nagroei behandelde NW's in verschillende NH4 OH-concentraties

een De PL-spectra van de ZnO NW's behandeld in oplossingen met verschillende ammoniumhydroxideconcentraties. b De intensiteitsverhouding van UV- en groene emissiepieken als functie van NH4 OH-concentratie, zoals geëxtraheerd uit a

De resulterende PL-gegevens die voortkomen uit de na de groei behandelde monsters worden getoond in Fig. 4. Afbeelding 4a toont de PL-spectra gemeten bij kamertemperatuur voor NW's die zijn behandeld met verschillende ammoniumhydroxideconcentraties, terwijl de geëxtraheerde IUV /IG plot wordt getoond in Fig. 4b. Merk op dat de piekpositie voor zowel UV- als zichtbare emissie niet is gewijzigd na NH4 OH-behandeling, wat aangeeft dat er geen extra puntdefect met ander energieniveau wordt gevormd tijdens de NH4 OH behandeling. De continue vermindering van de PL-intensiteit van de UV-emissiepiek, met de toename van NH4 OH-concentratie, geeft duidelijk de verwijdering van ZnO-nanomateriaal aan vanwege een langzame etsing van de NW's in basisch medium [46]. Verder is het interessant om uit Fig. 4b een duidelijke en scherpe afname van de IUV te zien. /IG verhouding, aangezien de NW's worden behandeld in NH4 OH-oplossing. Het is belangrijk om hier te vermelden dat voor de huidige studie de experimentele omstandigheden zoals excitatiedichtheid, stralingsgebied, initiële massa van ZnO-nanomateriaal, enz. Vaststaan. Daarom is de waargenomen IUV /IG ratio-trend kan volledig worden gerelateerd aan het effect dat wordt geïntroduceerd door de toevoeging van NH4 OH en niet op veranderingen in experimentele omstandigheden [47]. De verkregen experimentele resultaten ondersteunen duidelijk de hypothese die in de vorige sectie is gemaakt voor het creëren van extra puntdefecten met de toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. Wij zijn van mening dat de verhoging van de basiciteit van de groeioplossing met de toevoeging van NH4 OH kan de optische respons van NW's langzaam verminderen door de oppervlakken langzaam te etsen, wat het niveau van puntdefecten in ZnO NW's verhoogt.

Conclusies

Samenvattend hebben we een eenvoudig, goedkoop en schaalbaar bottom-up proces gedemonstreerd voor een pitloze groei van ZnO NW's op metalen Au-oppervlakken. Met een zorgvuldige toevoeging van ammoniumhydroxide in de groeioplossing kan de ZnO NW-dichtheid worden geregeld over twee ordes van grootte. Gevolgen van de toevoeging van NH4 OH over de optische respons van de verkregen NW's werden bestudeerd met behulp van fotoluminescentietechniek. Het zichtbare emissiespectrum, voor elke NH4 OH-concentratie, werd met succes gedeconvolueerd naar de blauwe, groene en oranje defecte toestanden. Verder werd ook de procentuele bijdrage van elke defecte staat gepresenteerd, wat aantoont dat de belangrijkste bijdrage van zichtbare emissie afkomstig was van de groene defecte staat. Om de optische respons van geproduceerd nanomateriaal op te volgen, vergeleken we de intensiteitsverhouding van de UV-emissie (IUV ) naar groene defectstatus (IG ). Er werd waargenomen dat de IUV /IG verhouding neemt sterk af na toevoeging van 20 mM NH4 OH, wat duidt op het creëren van extra puntdefecten met de toevoeging van NH4 OH in de groeioplossing. De experimentele resultaten werden goed ondersteund door de literatuurgegevens over de toename van de vrije ladingsdichtheid met NH4 OH toevoeging. Desalniettemin werd de voorgestelde hypothese verder bevestigd door het uitvoeren van een andere reeks experimenten waarbij de ZnO NW's in de groeivorm, zonder toevoeging van NH4 OH, werden behandeld in oplossingen met toenemende basiciteit. Een duidelijke en scherpe afname van de IUV /IG verhouding, aangezien de NW's werden behandeld in NH4 OH-oplossing, toonde aan dat de toename van de basiciteit van de groeioplossing met de toevoeging van NH4 OH kan de optische respons van NW's langzaam verslechteren door de oppervlakken te etsen, waardoor het niveau van puntdefecten in ZnO NW's toeneemt. De huidige studie is belangrijk om de optische respons van ZnO NW's te beheersen die direct kunnen worden gekweekt op metalen Au-elektroden voor elektronische en opto-elektronische toepassingen.


Nanomaterialen

  • Metaal
  • Hars
  • vezel
  • Samengesteld materiaal
  • Nanomaterialen
  • Polymeer materialen
  • Biologie
  • kleurstof
  • Kruiden
    1. De studie van een nieuw, door nanodeeltjes versterkt, wormachtig micellair systeem
    2. First-Principles Study on the Stability and STM Image of Borophene
    3. In vitro onderzoek naar de invloed van Au-nanodeeltjes op HT29- en SPEV-cellijnen
    4. Amorfe silicium nanodraden gegroeid op siliciumoxidefilm door gloeien
    5. Invloed van water op de structuur en diëlektrische eigenschappen van microkristallijne en nano-cellulose
    6. De oppervlaktemorfologieën en eigenschappen van ZnO-films afstemmen door het ontwerp van grensvlakken
    7. Een tweestapsmethode om de invloed van aggregatie/agglomeratie van nanodeeltjes op Young's Modulus of Polymer Nanocomposites te bestuderen
    8. Vervaardiging en karakterisering van ZnO-nanoclips door het door polyol gemedieerde proces
    9. Invloed van het substraat op de LSP-koppelingsgolflengte en sterkte
    10. Zelfgezaaide MOCVD-groei en dramatisch verbeterde fotoluminescentie van InGaAs/InP Core-Shell-nanodraden
    11. Vormingsmechanismen van InGaAs-nanodraden geproduceerd door een vaste-bron tweestaps chemische dampafzetting