Jul 03, 2023
酸化亜鉛ナノ構造は炭素によってフォトルミネッセンスを強化
Scientific Reports volume 13、記事番号: 9704 (2023) この記事を引用 523 アクセス メトリクスの詳細 ZnO/カーボン ブラック ヘテロ構造は、ゾルゲル法を使用して合成され、次の方法で結晶化されました。
Scientific Reports volume 13、記事番号: 9704 (2023) この記事を引用
523 アクセス
メトリクスの詳細
ZnO/カーボンブラックヘテロ構造はゾルゲル法を使用して合成され、500℃、2×10−2Torrで10分間アニールすることによって結晶化されました。 結晶構造と結合振動モードは、XRD、HRTEM、およびラマン分光法によって決定されました。 それらの表面形態はFESEMによって観察されました。 HRTEM 画像で観察されるモアレ パターンは、カーボン ブラック ナノ粒子が ZnO 結晶で覆われていることを確認します。 光吸収率の測定により、バースタイン・モス効果により、カーボンブラックナノ粒子含有量が0から8.33×10−3モルに増加するにつれて、ZnO/カーボンブラックヘテロ構造の光学バンドギャップが2.33eVから2.98eVに増加することが明らかになった。 カーボンブラック含有量が 2.03 × 10−3 mol の場合、近バンド端でのフォトルミネッセンス強度と紫色光および青色光のフォトルミネッセンス強度は、それぞれ約 68.3、62.8、および 56.8 倍増加しました。 この研究は、適切なカーボン ブラック ナノ粒子含有量が短波長域での ZnO 結晶の PL 強度を増加させ、発光デバイスへの応用の可能性を裏付けることを明らかにしました。
酸化亜鉛は、その n 型半導体特性、広いバンドギャップ (3.3 eV) 5、高い励起子結合エネルギー (60 meV) により、発光デバイス 1、光触媒 2、ガスセンサー 3、太陽電池 4 での使用に有望な材料です。 5、環境への優しさ6、低コスト、および高い物理的および化学的安定性7。 Sb8、Ga9、Cu10、Gd11、Li12 の元素と、RGO/ZnO2、Ag/ZnO6、ZnO/グラフェン 13、Si/ZnO14、In2O3–ZnO15、MoS2@ZnO16 などのヘテロ構造をドーピングする 2 つの方法が可能です。 ZnO による発光を修正および改善するために使用されます。 ZnO ナノ構造を合成する最も一般的な手段には、ゾルゲル 6、熱水熱 17、マイクロ波水熱 18、熱化学蒸着 (CVD)8、およびパルスレーザーアブレーション (PLA)19 法が含まれます。 上で述べたように、ゾルゲル法と熱 CVD 法は、ZnO ナノ構造を合成するための最も一般的で簡単かつ効率的な方法です。 カーボンブラックはグラファイトと同様の結晶構造を持っていますが、三次元的で秩序性が低いです。 カーボンブラックの炭素層は互いに平行ですが、低次性を示し、多くの場合、乱層構造を備えた同心円状の層になります20。 カーボンブラックは、導電性が高く、比表面積が大きく、安定性21、低コストであり、天然に豊富に存在します22。 したがって、炭素充填剤 22、金属触媒の補強材および支持材 21、リチウムイオン電池 23、生体材料 24、燃料電池 25、光触媒 26、太陽電池 27、酸素還元電極触媒 28、およびゴム化合物 29 に使用できる可能性があります。
金属/半導体、半導体/金属、半導体/半導体ヘテロ構造などのヘテロ構造は、定常状態での接続材料間のバンド構造の再構成によって決定される方法で、半導体のフォトルミネッセンス特性を変更するのに役立ちます。 王ら。 V2O5@Pt ナノ構造が λ = 466 nm でフォトルミネッセンス強度の向上を示したことを報告しました30。 王ら。 RGO@ZnO ナノ構造がバンド端近くの発光で強度が向上したことを報告しました 2。 ラジャス・ロペスら。 MoS2/hBN/SiO2 は 1.85 eV の発光エネルギーでフォトルミネッセンス強度が向上したことを発見しました 31。 チーら。 NiFe/ZnO が λ = 414 nm で強度が増加したフォトルミネッセンスを示すことを明らかにしました 32。 およびカンダサミーら。 MoS2/グラフェンは、λ = 690 nm および 430 nm でフォトルミネッセンスが増強されることを発見しました 33。 前述のカーボンブラックの特性、ZnO の潜在的な用途、ヘテロ構造の有用な特性に基づいて、ここではゾルゲル法と熱 CVD プロセスを使用して ZnO/カーボンブラックのヘテロ構造を作製し、その効果を調べました。 ZnO結晶構造上のカーボンブラックナノ粒子含有量とフォトルミネッセンス特性が体系的に研究されました。 ZnO/カーボンブラックヘテロ構造のサンプル名は、ZC0、ZC1、ZC2、ZC3、ZC4 で示されます。これは、カーボンブラック含有量 0、2.08、4.16、6.25、および 8.33 × 10−3 mol の添加に対応します。それぞれ。 CB25 と CB500 は、それぞれ 500 °C でのアニーリング前後のカーボン ブラック ナノ粒子を表します。