Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

Ogólnym celem tego eksperymentu jest zsyntetyzowanie przypominającej drzewo nanostruktury z łodygami tlenku i gałęziami sulfoselenku kadmu. I scharakteryzować jego morfologię, strukturę krystaliczną i właściwości optyczne. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące zastosowania materiałów nanokompozytowych w zastosowaniach optycznych i elektrooptycznych.

Główną zaletą tej techniki jest to, że chemiczne osadzanie z fazy gazowej jest prostym i opłacalnym sposobem wytwarzania przypominających drzewa nanostruktur z dobrze zdefiniowanymi interfejsami. Gałęzie sulfoselenku kadmu pochłaniają światło widzialne i tworzą heterozłącze typu II z trzonem tlenku. Heterozłącze ułatwia wydajny transfer energii elektrycznej z gałęzi do łodygi.

Właściwości optyczne wskazują, że nanodrzewa są obiecującymi materiałami do zastosowań, które korzystają z mechanizmu przenoszenia ładunku w schemacie z, takich jak ogniwa słoneczne i inne urządzenia optoelektroniczne. Chociaż materia ta może dostarczyć wglądu w nanodrzewa sulfosselenku i kadmu, może być również zastosowana do innych systemów, takich jak nanodruty, nanorurki, nanoboty i tak dalej. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ każdy parametr, taki jak emulgacja, temperatura i fluor, będzie miał wpływ na morfologię nanodrzew.

Najpierw wyczyść szkiełko szafirowe za pomocą sonikacji w 99,5% etanolu przez pięć minut. Następnie za pomocą napylarki napylającej nałóż na szkiełko złotą folię o grubości 10 nanometrów. Następnie wymieszaj jeden gram mieszaniny jeden do jednego masowo nanoproszku tlenku i węgla aktywnego z 10 mililitrami 99,5% etanolu.

Sonikować mieszaninę w łaźni wodnej w temperaturze 20 stopni Celsjusza przez 30 minut. Ten krok zapewnia, że w mieszaninie nie ma powietrza. A tlenek i węgiel są w bliskim kontakcie.

Suszyć sonikowaną mieszaninę w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez pięć godzin. Następnie umieść suchą mieszaninę w łodzi do spalania tlenku glinu i zagęścij ją szpatułką, aby wykluczyć powietrze z mieszanki. Umieść pokrytą złotem prowadnicę na górze łodzi spalinowej, pozłacaną stroną do dołu.

Umieść łódź na środku rury kwarcowej poziomego pieca rurowego. Następnie ustaw parametry grzania i chłodzenia na piecu. Przedmuchiwać rurkę argonem z natężeniem przepływu 40 standardowych centymetrów sześciennych na minutę w temperaturze pokojowej przez jedną godzinę.

Następnie zwiększ temperaturę z temperatury pokojowej do 900 stopni Celsjusza przy 80 stopniach Celsjusza na minutę i pozostań w tej temperaturze przez dwie godziny. Następnie otwórz rurkę na powietrze na obu końcach, aby dostarczyć tlen do reakcji. Kontynuować podgrzewanie próbki w temperaturze 900 stopni Celsjusza z probówką otwartą na powietrze przez trzy godziny.

Schłodzić piec do temperatury pokojowej o temperaturze 10 stopni Celsjusza na minutę, a następnie zdjąć łódkę i zjeżdżalnię. Biała folia na szkiełku składa się z nanodrutów tlenku. Następnie dokładnie wymieszaj po 0,25 grama siarczku kadmu i selenku kadmu w proszku i umieść mieszaninę w innej łodzi do spalania tlenku glinu.

Dobrze zagęścić mieszaninę. Umieść szkiełko pokryte nanodrutem około 10 centymetrów w dół łodzi. Umieść łódź na środku rury pieca kwarcowego.

Na szkiełku upewnij się, że nanodruty tlenku są skierowane do góry. Ponownie ustaw parametry na piecu. Oczyść rurkę kwarcową pieca argonem w tempie 40 standardowych centymetrów sześciennych na minutę w temperaturze pokojowej przez jedną godzinę.

Następnie rozgrzej piec do 820 stopni Celsjusza przy 80 stopniach Celsjusza na minutę i utrzymuj temperaturę 820 stopni przez 30 minut. Inna temperatura spowoduje inny skład i morfologię. Następnie schłodzić piec do temperatury pokojowej o temperaturze 10 stopni Celsjusza na minutę i zdjąć łódkę i wysunąć z pieca.

Nanodrzewa tlenku i sulfosselenku kadmu otrzymuje się w postaci pomarańczowo-żółtego filmu na szkiełku. Przygotować próbki kontrolne nanodrutów tlenku i selenku sulfoselenku kadmu na czystych, pokrytych złotem szkiełkach szafirowych, stosując te same procedury. Scharakteryzuj nanostruktury za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, dyfrakcji proszków rentgenowskich i spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii.

Uzyskaj widma emisji fotoluminescencji i zmierz czas życia fotoluminescencji i zaniku fluorescencji w czasie. Nanodruty sulphoselenku kadmu wyhodowano przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej na nanodrutach tlenku w celu utworzenia nanostruktur przypominających drzewa. Łodygi pokryto sulfoselenkiem kadmu.

Nanodrzewa wykazywały piki dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego charakterystyczne zarówno dla nanodrutów z czystego tlenku, jak i dla nanodrutów z czystego sulfosselenku kadmu. Dodatkowy pik obserwowany w widmie XRD jest przypisany do innej fazy sulfoselenku kadmu tworzącego się na defektach punktowych na łodydze tlenku, inicjując wzrost gałęzi. Procentowy stosunek molowy siarki do selenu w gałęziach określono na podstawie EDS i XRD na około 54 do 46.

Stosunek moli wpływa na przerwę energetyczną gałęzi i można go dostroić, zmieniając temperaturę wzrostu gałęzi. Czas życia fotoluminescencji nanodrzew był krótszy niż czas życia nanodrutów z tlenku i sulfoselenku kadmu. Sugeruje to, że szybki transfer elektroniczny zachodzi w poprzek interfejsu nanostruktury, zapewniając alternatywną ścieżkę relaksacji.

Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu ośmiu godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Sześć godzin w przypadku przygotowania tlenku i dwie godziny w przypadku wzrostu sulfoselenku kadmu. I nie zapominaj, że praca z siarką kadmową i selenkiem kadmu może być bardzo niebezpieczna.

Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak noszenie rękawiczek, fartucha laboratoryjnego i zamkniętych butów.