يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

توليف الهرمي أكسيد الزنك / CdSSe Heterostructure Nanotrees

9.5K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/54675

⸱

نوفمبر 29, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry & Biochemistry, University of Delaware, 2Department of Physics & Astronomy, University of Delaware

في هذه المقالة

ملخص

هنا، ونحن نستعد وتميز الهرمية النانو أكسيد الزنك / CdSSe شجرة تشبه رواية، حيث تزرع فروع CdSSe على أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا. وnanotrees الناتجة هي الإمكانات المادية لتحويل الطاقة الشمسية وغيرها من الأجهزة البصريات الالكترونية.

الملخص

ومن هنا يعملون إجراء ترسيب الأبخرة الكيميائية من خطوتين لإعداد هرمية أكسيد الزنك / CdSSe مغاير النانو مثل شجرة. وتتكون هياكل فروع CdSSe نمت على أسلاك أكسيد الزنك التي تتماشى عموديا على ركيزة الياقوت شفافة. وقد تم قياس مورفولوجية عن طريق المجهر الإلكتروني. تم تحديد التركيب البلوري من خلال تحليل مسحوق حيود الأشعة السينية. كل من أكسيد الزنك الجذعية وفروع CdSSe يكون لها هيكل الكريستال في الغالب wurtzite. وقد تم قياس نسبة الخلد من S وسي في فروع CdSSe من التشتت طاقة الأشعة السينية التحليل الطيفي. فروع CdSSe تؤدي إلى امتصاص قوي الضوء المرئي. أظهر معان ضوئي (PL) الطيفي أن الجذع والفروع تشكيل متغاير النوع الثاني. وأظهرت قياسات العمر PL انخفاض في عمر الانبعاثات من الأشجار بالمقارنة مع الانبعاثات من أكسيد الزنك الفردية ينبع أو فروع CdSSe وتشير نقل تهمة سريع بين CdSSe وأكسيد الزنك. وفيرتيمحاذاة ساتيا أكسيد الزنك ينبع توفير ممر نقل الإلكترون مباشر إلى الركيزة والسماح لفصل تهمة كفاءة بعد photoexcitation من الضوء المرئي. مزيج من الخصائص المذكورة أعلاه يجعل أكسيد الزنك / CdSSe nanotrees المرشحين واعد للتطبيقات في الخلايا الشمسية، وتحفيز ضوئي، وأجهزة البصريات الالكترونية.

المقدمة

أكسيد الزنك هو أشباه الموصلات II-VI يضم فجوة (BG) من 3.3 فولت، والتنقل الإلكترون عالية، و1،2 الطاقة الأكسيتون كبير ملزم. ومن المواد شبه الموصلة وفيرة مع عدد كبير من التطبيقات الحالية والمستقبلية في الأجهزة البصرية، والخلايا الشمسية، وتحفيز ضوئي. ومع ذلك، أكسيد الزنك شفافة، مما يحد من تطبيقها في النطاق الطيفي المرئي. لذلك، ومواد امتصاص الضوء المرئي، مثل أشباه الموصلات ضيق الفجوة 3، جزيئات الصبغة 4، والبوليمرات حساس 5، وكثيرا ما استخدمت لتوعية أكسيد الزنك لامتصاص الضوء المرئي.

أقراص مدمجة (BG 2.43 فولت) وسيلينيد الكادميوم (BG 1.76 فولت) شائعة الثاني إلى السادس أشباه الموصلات ضيق الفجوة وتم التحقيق بشكل مكثف. المعلمات BG وشعرية من سبيكة الثلاثي CdSSe يمكن تعديلها من خلال تغيير نسب الخلد مكونات السادس 6،7. وقد تم الإبلاغ عن nanocomposites أكسيد الزنك / CdSSe أن يؤدي إلى photov كفاءةتحويل الطاقة oltaic 8،9.

الجمع بين الكفاءة مسار نقل الإلكترون من أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا نحو الركيزة مع تحسين امتصاص الضوء المرئي من فروع CdSSe أدى إلى كفاءة نقل الإلكترون بين الجذع والفروع 9،10. وبالتالي، فإننا توليفها تشبه شجرة أكسيد الزنك / CdSSe البنية النانوية الجديدة، حيث زينت أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا مع فروع CdSSe. هذه المواد المركبة يمكن أن تكون بمثابة لبنة في بناء أجهزة تحويل الطاقة الشمسية الجديدة.

يصف هذا البروتوكول كيف تزرع صفائف أسلاك متناهية الصغر أكسيد الزنك على ركيزة الياقوت بخطوة واحدة ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) من أكسيد الزنك وC المساحيق، وبعد الإجراء الذي سبق أن نشرت 11. بعد نمو الأسلاك النانوية أكسيد الزنك، ويعمل الخطوة الثانية من الأمراض القلبية الوعائية تنمو فروع CdSSe على أسلاك أكسيد الزنك. ونحن توظيف الأشعة السينية مسحوق الحيود (حيود الأشعة السينية)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمشتتة للطاقة الأشعة السينية الطيفي (EDS) لقياس هياكل الكريستال والصرف، وتكوين nanotrees أكسيد الزنك / CdSSe (NTS). وقد تم التحقيق في آلية نقل الخصائص البصرية والمسؤول الناقل بين الفروع والجذع من معان ضوئي (PL) الطيفي والقياسات عمر PL وقت حل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. توليف من شجرة تشبه أكسيد الزنك / CdSSe النانو

  1. المعالجة والذهب الطلاء من ركائز ياقوت
    ملاحظة: يعمل الفيلم الذهب كعامل مساعد في نمو أسلاك أكسيد الزنك.
    1. الشرائح الياقوت نظيفة (أ-طائرة، 10 × 10 × 1 مم) في 99.5٪ من الإيثانول مع 5 دقائق من صوتنة لإعداد الركيزة ل Au الاخرق.
    2. إيداع نانومتر 10 (± 2 نانومتر) فيلم -thick من الذهب على الشرائح الياقوت مع المغطي تفل والهدف الذهب.
  2. توليف أسلاك أكسيد الزنك
    ملاحظة: الخطوة صوتنة 1.2.2 النتائج في أكسيد الزنك متجانسة والكربون (أكسيد الزنك / C) الخليط. بعد خلط، يتغير الخليط إلى اللون الرمادي. الخطوة الضغط 1.2.3 يضمن أن لا الهواء موجودا في الخليط وأن أكسيد الزنك والكربون على اتصال وثيق. بعد الأمراض القلبية الوعائية، يجب أن تودع فيلم أبيض من أسلاك أكسيد الزنك على الركيزة، جنبا لأسفل نحو القارب.
    1. مزيج 1 غرام من nanopowder أكسيد الزنك و[أكتيف]الكربون ATED (جزء من كتلة 50:50) في 10 مل من 99.5٪ من الإيثانول ويقلب جيدا مع ملعقة.
    2. يصوتن الخليط في حمام مائي عند 20 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، ثم جففه في الفرن لمدة 5 ~ ساعة على 80 درجة مئوية.
    3. ضع الخليط أكسيد الزنك / C في زورق الألومينا والمدمجة جيدا مع ملعقة.
    4. ضع الشرائح الياقوت الذهب المطلي على رأس القارب الألومينا، مع الجانب الذهب المطلي لأسفل. وضع قارب الألومينا في وسط أنبوب الكوارتز في فرن أنبوب أفقي.
    5. تطهير أنبوب الكوارتز لمدة 1 ساعة مع هارون بمعدل تدفق 40 SCCM في درجة حرارة الغرفة (RT). زيادة درجة الحرارة من RT إلى 900 درجة مئوية بمعدل 80 درجة مئوية / دقيقة والحفاظ على معدل ثابت تدفق الأرجون.
    6. عقد على درجة حرارة 900 درجة مئوية لمدة 2 ساعة. فتح أنبوب الكوارتز على طرفي طريق إزالة مداخل الغاز سدادة مطاطية والسماح للهواء يدخل أنبوب لتوفير الأكسجين للتفاعل.
    7. الحفاظ على درجة حرارة التفاعل عند 900 درجة مئوية لمدة 3 ساعة مع روسدادات BBER إزالتها. يبرد إلى RT بمعدل 10 درجة مئوية / دقيقة.
    8. تأخذ القارب وتنزلق للخارج من الفرن.
  3. ترسب فروع CdSSe على أسلاك أكسيد الزنك
    ملاحظة: قارب الألومينا من الأقراص المدمجة / تم عرضها سي في وسط أنبوب الكوارتز. وكان أسلاك أكسيد الزنك أعد تواجه التصاعدي وكانت 10 سم المصب من القارب. بعد هذه الأمراض القلبية الوعائية الثاني، برتقالة / فيلم الأصفر، الذي هو البنية النانوية أكسيد الزنك / CdSSe، يجب أن توضع على الشريحة.
    1. خلط 0.5 غرام من الأقراص المدمجة وسيلينيد الكادميوم (أقراص مدمجة / سي) مسحوق جيدا (جزء من كتلة 50:50) ووضع الخليط في زورق الألومينا. ضغط الخليط جيدا.
    2. وضع قارب الألومينا من أقراص مدمجة / سي ومعدة مسبقا عينة أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر في أنبوب الكوارتز.
    3. تطهير الأنبوب مع هارون بمعدل تدفق 40 SCCM في RT لمدة 1 ساعة. زيادة درجة حرارة التفاعل إلى 820 درجة مئوية بمعدل 80 درجة مئوية / دقيقة. عقد على درجة حرارة 820 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
    4. يبرد إلى RT فيبمعدل 10 درجة مئوية / دقيقة. تأخذ القارب وتنزلق للخارج من الفرن.
  4. تجميع عينات المقارنة: أكسيد الزنك وCdSSe أسلاك
    1. تركيب أسلاك أكسيد الزنك كما في القسم 1.2 تحت ظروف تجريبية نفسها.
    2. تركيب أسلاك CdSSe كما في القسم 1.3، في ظل الظروف التجريبية نفسها، مع نفس الكمية من الأقراص المدمجة وتكوين سيلينيد الكادميوم، ولكن مع ذلك، الذهب المطلي الشرائح الياقوت نظيفة والركيزة بدلا من الشريحة المودعة أكسيد الزنك.

2. المورفولوجية والبلورات توصيف

  1. جبل العينة على مرحلة ووزارة شؤون المرأة مع المشبك ووضع العينة في فراغ الغرفة الصك ووزارة شؤون المرأة. التقاط صور SEM على وضع عالية الدقة مع مسافة العمل من 12.0 ملم في الجهد من 3 كيلو فولت والتكبير بين 3،000X و10،000X 11،12.
  2. أخذ البيانات EDS مع نفس العينة باستخدام كاشف الأشعة السينية على مسافة العمل نفسها من12.0 مم. تعيين أداة لوضع تحليل وضبط الجهد إلى 20 كيلو فولت، مما أدى إلى تيار من 20 إلى 40 أمبير 13.
  3. جمع XRD أطياف على مسحوق ديفراكتوميتر الأشعة السينية باستخدام تصفية النحاس Kα الإشعاع (λ = 1.5418 Å) 11،12.

3. PL الانبعاث الطيفي وحلها الوقت PL قياسات مدى الحياة

أجريت أطياف PL والمترابطة الوقت فوتون واحد العد (TCSPC) القياسات في RT خارج باستخدام تضخيم تي: ملاحظة: مذبذب الياقوت بعد جيل التوافقي الثاني (مجموعات المساعدة الذاتية)، مما ينتج عنه القطار من 50 البقول fsec تركزت في طول موجي 400 نانومتر، و مع انتاج الطاقة من 1.76 ميغاواط 14.

  1. إصلاح العينة إلى صاحب العينة أن المواقف العينة وجه حتى الليزر وكاشف. محاذاة الليزر للتركيز على عينة. قياس أطياف الانبعاث PL من العينات من 500 نانومتر إلى موجات من 900 نانومتر باستخدام مطياف الألياف.
  2. استخدام جهاز كشف الفوتون واحد (افاlanche الصمام الثنائي الصورة أو صمام ضوئي) لقياس عمر PL وقت حل مع مرشح لون الزجاج و500- أو 650 نانومتر مرشح تدخل ممر الموجة.
  3. إدراج أكسيد الزنك، CdSSe، أو أكسيد الزنك / CdSSe ينزلق إلى صاحب العينة. قياس أسلاك أكسيد الزنك النقي مع مرشح ممر الموجة 500 نانومتر وCdSSe أو أكسيد الزنك / CdSSe العينات مع مرشح ممر الموجة 650 نانومتر.
  4. استخدام واحدة عداد الفوتون المرتبطة تجاراتها الوقت أو الذبذبات سريعة لقياس عمر مضان تسوس وقت حل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويبين الشكل (1) وآلية نمو أكسيد الزنك / CdSSe NTS. وتضمن إجراء عملية تحفيز بخار السائل الصلبة (ال اس)، يليه نمو غير الحفزي بخار الصلبة (VS). في خطوة VLS الأولى، أكسيد الزنك وC تتفاعل في جو هارون، مما أدى إلى الزنك المعدني وأكسيد الكربون. يذوب الزنك في وقت لاحق في مقدمة الذهب على الركيزة الياقوت. تنمو أسلاك أكسيد الزنك من الزنك المنحل والأكسجين المتبقي. في الخطوة الثانية، والتعرض إلى نتائج الهواء في نمو الأسلاك النانوية أكسيد الزنك ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

ويستند المحاذاة العمودية لأسلاك أكسيد الزنك (ينبع) على النمو الفوقي على الركيزة. أسلاك أكسيد الزنك تنمو بشكل تفضيلي على طول <0001> الاتجاه الذي يتماشى مع دورية من على بعد طائرة من الياقوت 12. ولذلك، فإن نوع وجودة الركيزة مهمة جدا. سمك مختلفة من طلاء الذهب على الركيزة، من 5 نانومتر إلى 20 نانومتر، وقد تم اختبار ولم تظهر أي اختلاف كبير في نمو الأسلاك النانوية أكسيد الزنك. طول أسلاك أكسيد الزنك يمكن تعديلها عن طريق تغيير كمية من خليط أكسيد الزنك / C التي يتم اس...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

واستشهد البيانات والأرقام الواردة في هذا المقال من الأدب في تكنولوجيا النانو التي كتبها لي وآخرون. 17.

شكر وتقدير

الكتاب أشكر Svilen Bobev لمساعدته مع أطياف حيود الأشعة السينية وك Booksh للحصول على المساعدة والمعدات مع وتفل المغطى.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ZnOSigma Aldrich1314-13-2
الكربون المنشطAlfa231-153-3
CdSeSigma Aldrich1306-24-7
CdSSigma Aldrich1306-23-6
SapphireMTI2SPa-plane ، 10 مرات ؛ 10 مرات ؛ 1 مم
فرنLindberg Blue MSSP
مجهر إلكتروني ماسحهيتاشيS5700تم تجميعه باستخدام كاشف أكسفورد إنكا X-act
حيود مسحوق الأشعةالسينية RigakuMiniFlexمرشح Cu K & alpha الإشعاع (&lambda ؛ = 1.5418   ؛ &أرينغ;)
تضخيم Ti: مذبذب الياقوتالسرعوفالمتماسك أسطورة النخبة
وحدة الكشف عن الفوتون الفرديمعرف QuantiqueID-100
Sputter المغطيCressington308تم تجميعها مع هدف ذهبي
مطياف مسبار الأليافالتحكم في الفوتونSPM-002
مرشح الزجاج الملونThorlabsFGB37-A - & أوسلاش. 25 مم BG40AR المغلفة: 350 - 700 & nbsp ؛ نانومتر
غاز الأرجون المضغوطKeen7440-37-1
مقياس

المراجع

  1. Swank, R. K. Surface Properties of II-VI. Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).
  2. Bagnall, D. M., et al. Optically pumped lasing of ZnO at room temperature. Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).
  3. Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion. Sci. Rep. 4, (2014).
  4. Anta, J. A., Guillén, E., Tena-Zaera, R. ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells. J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).
  5. Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields. Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).
  6. Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures. J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).
  7. Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell. Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).
  8. Rincón, M. E., Sánchez, M., Ruiz-García, J. Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies. J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).
  9. Leschkies, K. S., et al. Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices. Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).
  10. Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review. Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).
  11. Zhu, G., et al. Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root. Nanotechnology. 23 (5), 055604(2012).
  12. Yang, P., et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties. Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).
  13. Myung, Y., et al. Composition-Tuned ZnO−CdSSe Core−Shell Nanowire Arrays. ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).
  14. Pan, A., et al. Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts. J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).
  15. Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices. ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).
  16. Nan, W. N., et al. Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties. J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).
  17. Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees. Nanotechnology. 27 (13), 135401(2016).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

أسلاك نانوية من أكسيد الزنكتفرعات من كبريتيد سيلينيد الكادميومالترسيب الكيميائي للبخارالمجهر الإلكتروني الماسححيود الأشعة السينية للمساحيقمطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقةمطيافية التألق الضوئيوصلة متباينة من النوع الثانيامتصاص الضوء المرئينقل الشحنة
توليف الهرمي أكسيد الزنك / CdSSe Heterostructure Nanotrees
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.