Synthese von Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostruktur Nanotrees

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, eine baumartige Nanostruktur mit Zinkoxidstämmen und Cadmiumsulphoselenid-Ästen zu synthetisieren. Und charakterisieren Sie seine Morphologie, Kristallstruktur und optischen Eigenschaften. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen bei der Anwendung von Nanokompositmaterialien in optischen und elektrooptischen Anwendungen zu beantworten.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die chemische Gasphasenabscheidung eine einfache und kostengünstige Möglichkeit ist, baumähnliche Nanostrukturen mit gut definierten Grenzflächen herzustellen. Die Cadmiumsulphoselenid-Äste absorbieren sichtbares Licht und bilden eine Typ-II-Heterojunction mit einem Zinkoxid-Stamm. Der Heteroübergang ermöglicht eine effiziente elektrische Übertragung von den Ästen zum Stamm.

Die optischen Eigenschaften deuten darauf hin, dass die Nanobäume vielversprechende Materialien für Anwendungen sind, die von einem Ladungstransfermechanismus im Z-Schema profitieren, wie z. B. Solarzellen und andere optoelektronische Bauelemente. Obwohl diese Angelegenheit Einblicke in Zinkoxid-Cadmiumsulphoselenid-Nanobäume geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie Nanodrähte, Nanoröhren, Nanobots und so weiter angewendet werden. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, da jeder Parameter wie Emulgierung, Temperatur und Fluorid die Morphologie der Nanobäume beeinflusst.

Reinigen Sie zunächst einen Saphirobjektträger durch Beschallung in 99,5 % Ethanol für fünf Minuten. Anschließend wird mit einem Sputter-Coater ein 10 Nanometer dicker Goldfilm auf den Objektträger aufgebracht. Als nächstes rühren Sie ein Gramm einer Eins-zu-Eins-Mischung aus Zinkoxid-Nanopulver und Aktivkohle in 10 Milliliter 99,5% Ethanol.

Beschallen Sie die Mischung in einem Wasserbad bei 20 Grad Celsius für 30 Minuten. Dieser Schritt stellt sicher, dass keine Luft in der Mischung vorhanden ist. Und Zinkoxid und Kohlenstoff stehen in engem Kontakt.

Trocknen Sie die beschallte Mischung fünf Stunden lang bei 80 Grad Celsius. Geben Sie dann das trockene Gemisch in ein Aluminiumoxid-Verbrennungsschiffchen und verdichten Sie es mit einem Spachtel, um Luft aus dem Gemisch auszuschließen. Platzieren Sie einen goldbeschichteten Schieber mit der goldenen Seite nach unten auf dem Verbrennungsboot.

Platzieren Sie das Schiffchen in der Mitte des Quarzrohrs eines horizontalen Rohrofens. Stellen Sie dann die Heiz- und Kühlparameter am Ofen ein. Spülen Sie das Rohr eine Stunde lang mit Argongas bei einer Durchflussrate von 40 Normkubikzentimetern pro Minute bei Raumtemperatur.

Erhöhen Sie dann die Temperatur von Raumtemperatur auf 900 Grad Celsius bei 80 Grad Celsius pro Minute und bleiben Sie zwei Stunden lang auf dieser Temperatur. Öffnen Sie dann das Rohr an beiden Enden für Luft, um Sauerstoff für die Reaktion bereitzustellen. Erhitzen Sie die Probe drei Stunden lang bei 900 Grad Celsius bei geöffnetem Röhrchen.

Kühlen Sie den Ofen auf Raumtemperatur bei 10 Grad Celsius pro Minute ab und nehmen Sie das Boot und den Schieber heraus. Der weiße Film auf dem Objektträger besteht aus den Zinkoxid-Nanodrähten. Mischen Sie anschließend jeweils 0,25 Gramm Cadmiumsulfid und Cadmiumselenidpulver gründlich und geben Sie die Mischung in ein anderes Aluminiumoxid-Verbrennungsschiffchen.

Verdichten Sie die Mischung gut. Platzieren Sie die mit Zinkoxid-Nanodraht beschichtete Rutsche etwa 10 Zentimeter stromabwärts vom Boot. Platzieren Sie das Schiffchen in der Mitte des Quarzofenrohrs.

Achten Sie auf der Folie darauf, dass die Zinkoxid-Nanodrähte nach oben zeigen. Stellen Sie erneut die Parameter am Ofen ein. Spülen Sie das Quarzrohr des Ofens eine Stunde lang mit Argongas bei 40 Normkubikzentimetern pro Minute bei Raumtemperatur.

Heizen Sie dann den Ofen auf 820 Grad Celsius bei 80 Grad Celsius pro Minute auf und halten Sie die Temperatur 30 Minuten lang bei 820 Grad. Eine andere Temperatur führt zu einer anderen Zusammensetzung und Morphologie. Kühlen Sie dann den Ofen auf Raumtemperatur bei 10 Grad Celsius pro Minute ab und nehmen Sie das Schiffchen und den Schieber aus dem Ofen.

Die Zinkoxid-Cadmiumsulphoselenid-Nanobäume werden als orange-gelber Film auf dem Objektträger erhalten. Bereiten Sie Kontrollproben von Zinkoxid- und Cadmiumsulphoselenid-Nanodrähten auf sauberen, goldbeschichteten Saphirobjektträgern mit den gleichen Verfahren vor. Charakterisierung der Nanostrukturen mit Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenpulverbeugung und energiedispersiver Röntgenspektroskopie.

Erhalten Sie Photolumineszenz-Emissionsspektren und messen Sie die Lebensdauer der Photolumineszenz- und Fluoreszenzzerfallszeit. Cadmiumsulphoselenid-Nanodrähte wurden durch chemische Gasphasenabscheidung auf Zinkoxid-Nanodrähten gezüchtet, um baumartige Nanostrukturen zu bilden. Die Stängel wurden mit Cadmiumsulphoselenid bedeckt.

Die Nanobäume zeigten Röntgenbeugungspeaks, die sowohl für die reinen Zinkoxid-Nanodrähte als auch für die reinen Cadmiumsulphoselenid-Nanodrähte charakteristisch sind. Ein zusätzlicher Peak, der im XRD-Spektrum beobachtet wurde, wird einer anderen Phase von Cadmiumsulphoselenid zugeordnet, die punktuelle Defekte auf dem Zinkoxidstamm bildet, die das Astwachstum initiieren. Das molprozentuale Verhältnis von Schwefel zu Selen in den Ästen wurde anhand von EDS und XRD auf etwa 54 bis 46 bestimmt.

Das Molverhältnis beeinflusst die Bandlücke der Äste und kann durch Ändern der Wachstumstemperatur der Äste eingestellt werden. Die Photolumineszenzlebensdauer der Nanobäume war kürzer als die Lebensdauer der Zinkoxid- und Cadmiumsulphoselenid-Nanodrähte. Dies deutet darauf hin, dass ein schneller elektronischer Transfer über die Grenzfläche der Nanostruktur stattfindet und einen alternativen Relaxationsweg bietet.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in acht Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Sechs Stunden für die Zinkoxidvorbereitung und zwei Stunden für das Wachstum von Cadmiumsulfoselenid. Und vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Cadmiumschwefel und Cadmiumselenid äußerst gefährlich sein kann.

Und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Handschuhen, Laborkittel und geschlossenen Schuhen sollten bei der Durchführung dieses Verfahrens immer getroffen werden.