계층의 ZnO / CdSSe 헤테로 Nanotrees의 합성

요약

여기, 우리는 CdSSe 가지가 수직으로 정렬 된 ZnO 나노 와이어의 성장 소설 나무와 같은 계층의 ZnO / CdSSe 나노 구조를 준비하고 특징. 얻어진 nanotrees 태양 에너지 변환 및 다른 광전자 기기에 대한 잠재적 인 재료이다.

초록

두 단계의 화학 기상 증착 방법이 여기에 트리 형 계층의 ZnO / CdSSe 헤테로 - 나노 구조물을 제조하는데 사용된다. 수직 구조는 투명한 사파이어 기판 상에 정렬 된 ZnO 나노 와이어 성장 CdSSe 가지로 구성된다. 형태는 주사 전자 현미경을 통해 측정 하였다. 결정 구조는 X 선 분말 회절 분석에 의해 측정 하였다. ZnO의 양이 줄기 CdSSe 분기 주로 우르 자이 트 결정 구조를 갖는다. CdSSe 지점에서 S 및 Se 몰비는 에너지 분산 X 선 분광법에 의해 측정 하였다. CdSSe 분기 강한 가시광 흡수를 초래한다. 광 발광 (PL) 스펙트럼은 줄기와 가지 유형-II의 이종 접합을 형성하는 것으로 나타났다. 개개의 ZnO로부터 방출 CdSSe 줄기 또는 가지로 비교 CdSSe 및 ZnO의 사이에 고속의 전하 전송을 나타내는 경우 PL 수명 측정은 나무에서 발광 수명의 감소를 보였다. VERTI으 배향 된 ZnO 기판에 직접 전자 전달 경로를 제공하고, 가시광에 의한 광 여기 후 효과적인 전하 분리를 허용 유래한다. 상술 한 특성의 조합 된 ZnO / CdSSe 태양 전지, 광촉매 및 광전자 소자에 응용 프로그램에 대한 유망한 후보를 nanotrees 수 있습니다.

서론

ZnO를 3.3 EV의 밴드 갭 (BG), 고 전자 이동도 및 큰 여기자 바인딩 에너지 ^1,2 갖춘 II-VI 반도체이다. 그것은 광학 장치의 현재와 미래의 응용 프로그램, 태양 전지, 광촉매의 과다와 풍부한 반도체 물질이다. 그러나, ZnO의 가시 스펙트럼 범위에서의 적용을 제한하는 투명합니다. 따라서, 좁은 갭 반도체 ^(3), 염료 분자 ⁽⁴⁾ 및 감광성 중합체 ^5와 같은 가시 광선을 흡수하는 재료는, 자주 가시광 흡수의 ZnO 민감 위해 사용되어왔다.

CD에 (BG 2.43 EV)과의 CdSe (BG 1.76 eV의)는 일반적인 II-VI 좁은 갭 반도체이고 집중적으로 조사되었다. 삼원 합금 CdSSe의 BG 및 격자 매개 변수는 VI 성분 ^-6,7-의 몰비를 변화시킴으로써 조절 될 수있다. ZnO의 / CdSSe 나노 복합 재료는 효율적인 photov 결과보고되었다oltaic 에너지 변환 ^8,9.

CdSSe 분기 향상된 가시광 흡수성을 갖는 기판으로 수직 배향 된 ZnO 나노 와이어의 효율적인 전자 이동 경로를 결합하여 줄기와 가지 ^9,10 사이....

프로토콜

(1)의 합성 트리 모양의 ZnO의 / CdSSe 나노 구조

1. 사파이어 기판의 전처리 및 골드 코팅
   주 : 금막가 된 ZnO 나노 와이어의 성장의 촉매 역할을한다.
   1. 초음파 5 분 99.5 % 에탄올 깨끗 슬라이드 사파이어 (a면, 10 × 10 × 1mm)을 금의 스퍼터링 용 기판을 제조 하였다.
   2. 스퍼터 코터와 골드 대상으로 사파이어 슬라이드에 10 나노 미터 (± 2 ㎚) 금의 두께의 필름을 증착.
2. 산화 아연 나노 와이어의 합성
   주 : 초음파 단계 균질의 ZnO의 1.2.2 결과와 탄소 (ZnO를 / C) 혼합물. 혼합 후, 혼합물은 회색 컬러를 변경한다. 압밀 단계 1.2.3 공기의 혼합물과의 ZnO 및 탄소가 밀착되어 그 존재하지 않는 것을 보장한다. CVD 후, 산화 아연 나노 와이어의 흰색 필름면이 아래 배쪽으로 향, 기판 상에 증착되어야한다.
   1. 의 ZnO 나노 분말 및 액티브의 1g을 혼합ated 탄소 (50:50의 질량 분율) 10 ml의 99.5 %의 에탄올과 주걱으로 잘 저어.
   2. 30 분 동안 20 ºC 수조의 혼합물을 초음파 처리하고 80 ºC에서 ~ 5 시간 동안 오븐에서 건조시킨다.

결과

도 1의 ZnO / CdSSe NTS의 성장 메커니즘을 나타낸다. 절차는 비 촉매 증기 - 고체 (VS)의 성장에 이어 촉매 증기 - 액체 - 고체 (VLS) 공정을 포함했다. 제 VLS 공정에서의 ZnO 및 C 금속성 아연과 탄소 산화물의 결과로, 아르곤 분위기 하에서 반응한다. 아연이어서, 사파이어 기판 상에 금 전구체에 용해시킨다. 의 ZnO 나노 와이어는 용해 아연 및 잔류 산소에서 성장. 두 번째 단계에서, 상기 단락의 ZnO 씨의 위에 VLS-VS 장거리의 ZnO 나노 와이어의 성장 공기 결과로 노출. VLS에-VS기구 ^11,12 앞서 상세히 논의되었다. 마지막 단계에서, CdSSe 분기는 ZnO 나 노선을 촉매없이 직접 성장한다.

첫번째 단계 후에 수득 된 ZnO 나노 와이어 (120 프로토콜)의 .......

토론

된 ZnO 나노 와이어 (줄기)의 수직 정렬은 기판 상에 에피 택셜 성장에 기초한다. 된 ZnO 나노 와이어는 사파이어 ^(12)의 A면의주기와 일치하는 <0001> 방향을 따라 우선적으로 성장한다. 따라서, 유형 및 기판의 품질이 매우 중요하다. 5 nm 내지 20의 기재에 금 코팅의 두께가 다른, 테스트와의 ZnO 나노 와이어의 성장에 유의 한 차이를 보이지 않았다되었다. 산화 아연 나노 와이어의 길이는 사용되는 산화 아연 / C 혼합물은 아르곤 유량과 공기 노출 시간을 변경하여 조정할 수있다. 일정한 길이의 ZnO 나노 와이어의 합성, 잘 정의 된 비율 또는 인공 공기 (산소 / 질소 혼합물)와 산소 / 아르곤 혼합물을 캐리어 가스로 추천된다. 지금까지,이 방법을 이용하여 본 연구실에서 배양 한 최장의 ZnO 나노 와이어는 30 ㎛이었으며, 최단 5 μm의 있었다.

CdSSe 증착 중에 기판 위치에서의 온도는 삼원 합금의 조성을 제어하는.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
ZnO	시그마 Aldrich	1314-13-2
활성탄	Alfa	231-153-3
CdSe	시그마 Aldrich	1306-24-7
CdS	시그마 Aldrich	1306-23-6
사파이어	MTI	2SP	비행기, 10 × 10 × 1mm
용광로	Lindberg Blue M	SSP
주사 전자 현미경	Hitachi	S5700	Oxford Inca X-act 검출기와 조립
X선 분말 회절계	Rigaku	MiniFlex	Cu K를 필터링했습니다. & 방사선 (λ=1.5418  &아링;)
증폭된 Ti:sapphire oscillator	Coherent Mantis	Coherent Legend-Elite
단일 광자 감지 모듈	ID Quantique	ID-100
스퍼터 코팅기	Cressington	308	금 타겟으로 조립됨
섬유 프로브 분광계	Photon Control	SPM-002
컬러 글라스 필터	Thorlabs	FGB37-A - & 오슬래시; 25mm BG40	AR 코팅: 350 - 700  nm
압축 아르곤 가스	예리한	7440-37-1

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