ここでは、CdSSe等の枝が垂直配向のZnOナノワイヤ上で成長させた新たなツリー状の階層のZnO / CdSSe等のナノ構造を作製し、特徴づけます。得nanotreesは太陽エネルギー変換、および他の光電子デバイスのための潜在的な材料です。
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この記事について
サマリー
要約
二段階化学蒸着手順はここで、ツリー状の階層のZnO / CdSSe等ヘテロナノ構造を作製するために使用されます。構造は、垂直に透明なサファイア基板上に整列されたZnOナノワイヤの成長CdSSe等のブランチで構成されています。形態は、走査型電子顕微鏡により測定しました。結晶構造は、X線粉末回折分析により決定しました。 ZnO系幹とCdSSe等の枝の両方が主にウルツ鉱型の結晶構造を有しています。 CdSSe等の分岐におけるSおよびSeのモル比は、エネルギー分散型X線分光法により測定しました。 CdSSe等の枝は強い可視光吸収につながります。フォトルミネッセンス（PL）分光法は、幹や枝は、タイプIIのヘテロ接合を形成することが示されました。個々のZnOからの発光と比較した場合、PL寿命測定は、木からの発光の寿命の低下を示した茎やCdSSe等の支店およびCdSSe等とZnO間の高速電荷転送を示しています。 verti的に整列されたZnOを基板に直接電子輸送経路を提供し、可視光による光励起後の効率的な電荷分離を可能にする茎。上記の特性の組み合わせは、ZnO / CdSSe等は、太陽電池、光触媒、および光電子デバイスへの応用のための有望な候補をnanotreesなります。
概要
ZnOは3.3 eVのバンドギャップ（BG）、高電子移動度、大きな励起子結合エネルギー1,2を特徴II-VI半導体です。これは、光デバイス、太陽電池、光触媒に存在し、将来のアプリケーションの過多と豊富な半導体材料です。しかし、ZnOは可視スペクトル範囲におけるその適用を制限する、透明です。したがって、このような狭ギャップ半導体3、染料分子4、及び感光性ポリマー5のように可視光を吸収する材料は、しばしば可視光吸収のZnOを感作するために使用されてきました。
CdS（BG 2.43 eV）でとのCdSe（BG 1.76 eVでは）一般的なII-VI狭ギャップ半導体であり、集中的に研究されてきました。 BG及び三元合金CdSSe等の格子定数は、VI成分6,7のモル比を変えることによって調整することができます。酸化亜鉛/ CdSSe等のナノコンポジットは、効率的なphotovをもたらすことが報告されていますoltaicエネルギー変換8,9。
CdSSe等の枝の改善された可視光吸収を持つ基板に向かって垂直に配向したZnOナノワイヤの効率的な電子輸送経路を組み合わせることで、幹や枝9,10との間の効率的な電子移動につながりました。したがって、我々は、垂直配向のZnOナノワイヤ....
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プロトコル
1の合成ツリー状のZnO / CdSSe等ナノ構造
- サファイア基板の前処理および金コーティング
注：金膜は、酸化亜鉛ナノワイヤの成長の触媒として作用します。- 超音波処理を5分間で99.5％エタノールで清浄なサファイアスライド（a面、10×10×1mmの）金スパッタリング用基板を作製しました。
- スパッタコーター及び金ターゲットとサファイアスライド上に10-nmの（±2 nm）の金の-thick膜を堆積。
- 酸化亜鉛ナノワイヤの合成
注：均質なZnOと炭素亜鉛（ZnO / C）混合物中の超音波処理ステップ1.2.2結果。混合後、混合物は灰色に変わります。圧縮ステップ1.2.3には空気が混合物中に存在しないとZnOと炭素が緊密に接触していることが保証されます。 CVD後、酸化亜鉛ナノワイヤの白色フィルムを基板上に堆積されるべきである、側ボートに向かって下向き。- ZnOナノ粉末とACTIVの1グラムを混ぜますated炭素（50:50の質量分率）10ミリリットル99.5％のエタノール中、スパチュラでよくかき混ぜます。
- 30分間、20ºCの水浴中の混合物を超音波処理し、その後、80ºCで〜5時間、オーブンで乾燥します。
- アルミナボートでのZnO / Cの混合物を配置し、スパチュラでよく、それをコンパクト。
- 金でコーティングさ....
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結果
図1は、ZnO / CdSSe等のNTの成長メカニズムを示しています。手順は、非接触気固体（VS）成長に続いて、触媒気相 - 液相 - 固相（VLS）処理を含みました。最初のVLS工程では、ZnOとCは、金属亜鉛及び酸化炭素を生じ、Ar雰囲気中で反応させます。亜鉛は、その後、サファイア基板上に金の前駆体中に溶解します。 ZnOナノワイヤは、溶解Znおよび残留酸素から成長します。第二ステップでは、短いのZnOシードの上にVLS-VSにより長いのZnOナノワイヤの成長中の空気の結果への暴露。 VLS-VS機構は以前11,12詳細に説明されています。最後のステップでは、CdSSe等の枝は、ZnOナノワイヤ上に、触媒なしで、直接成長します。
最初のステップ（プロトコル1.2）の後に得られたZnOナノワイヤーのSEM像（a）は、図2に示さ.......
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ディスカッション
酸化亜鉛ナノワイヤ（茎）の垂直方向の配置は、基板上にエピタキシャル成長に基づいています。 ZnOナノワイヤは、サファイア12のa面の周期と一致する<0001>方向に沿って優先的に成長します。したがって、型及び基板の品質は非常に重要です。基板上の金コーティングの異なる厚さは、20ナノメートルから5ナノメートルから、試験したZnOナノワイヤの成長に有意な差を示されていません。 ZnOナノワイヤの長さが使用されたZnO / Cの混合物の量は、Ar流量、および空気露出時間を変えることによって調整することができます。一貫性のある長さのZnOナノワイヤを合成するための、明確に定義された比又は人工空気（酸素/窒素混合物）と、酸素/アルゴン混合物がキャリアガスとして推奨されています。これまでのところ、この方法を使用して、我々の研究室で栽培されている最長のZnOナノワイヤは30μmであった、と最短は5μmでした。
CdSSe等の堆積中、基板位置での温度は三元合金の組成を制御する重要なパラメータです。石英管の内部に、端部に向かって、炉の中心からの温度勾配は、炉.......
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開示事項
この記事のデータと数値はLiら 17によりナノテクノロジーの文献から引用されています。
謝辞
著者らは、スパッタコーター機器の支援のためのXRDスペクトルとK. Bookshと彼の助けをSvilen Bobevに感謝します。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ZnO | Sigma Aldrich | 1314-13-2 | |
| 活性炭 | Alfa | 231-153-3 | |
| CdSe | Sigma Aldrich | 1306-24-7 | |
| CdS | Sigma Aldrich | 1306-23-6 | |
| サファイア | MTI | 2SP | a-plane, 10 × 10 × 1 mm |
| Furnace | Lindberg Blue M | SSP | |
| 走査型電子顕微鏡 | Hitachi | S5700 | とオックスフォード Inca X-act 検出器 |
| X線粉末回折装置 | Rigaku | MiniFlex | filtered Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å) |
| 増幅チタン:サファイア発振器 | コヒーレントカマキリ | コヒーレントレジェンド-エリート | |
| 単一光子検出モジュール | ID Quantique | ID-100 | |
| スパッタコーター | Cressington | 308 | 金ターゲットと組み立て |
| ファイバープローブ分光計 | 光子制御 | SPM-002 | |
| 色ガラスフィルター | Thorlabs | FGB37-A - &オスラッシュ;25 mm BG40 | ARコーティング:350 - 700 nm |
| 圧縮アルゴンガス | キーン | 7440-37-1 |
参考文献
- Swank, R. K. Surface Properties of II-VI. Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).
- Bagnall, D. M., et al. Optically pumped lasing of ZnO at room temperature. Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).
- Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L.
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再版と許可
