سنتز و مطالعه خواص نانو ذرات اکسید روی آلائیده به عنصر گالیم با قابلیت کاربردهای فوتونیکی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، پردیس علوم، دانشگاه سمنان، سمنان

2 پژوهشکده فوتونیک و فناورهای کوانتومی، پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، تهران

چکیده

در این تحقیق ابتدا نانو ذرات کلوئیدی اکسید روی آلائیده به عنصرگالیم با استفاده از روش ساده سل ژل تهیه و پس از تبدیل به پودر خواص نوری آن مورد مطالعه قرار گرفت. خواص اپتیکی سل به کمک طیف سنجی جذبی- عبوری و تابناکی و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز بررسی شد. نمونه کلوئیدی تهیه شده دارای قابلیت تابناکی آبی در دمای اتاق بوده که تاکنون گزارش نشده است. همچنین، بررسی‌ها نشان دادند، نانوذرات اکسید روی آلائیده به عنصرگالیم نیز دارای خاصیت نورتابی مناسب در ناحیه طول موجهای مرئی بوده که میتواند گزینه مناسبی برای کاربردهای فوتونیکی باشد. ساختار بلوری و ریخت‌شناسی نانوذرات سنتزشده توسط مشخصه-یابی‌های مختلفی از جمله شامل پراش پرتوی ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM و میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM بررسی شد. الگوهای پراش پرتوی ایکس نشان دادند که نمونه تهیه شده دارای ساختار ورتزایت منطبق با تمام صفحات بلوری اکسیدروی بدون هیچ قله اضافی میباشند. اندازه ذرات با استفاده از نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی بترتیب حدود 35 الی 55 نانومتر تخمین زده شد. همچنین حضور گالیم در ساختار توسط مشخصه یابی‌ طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس تایید شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and Characterization of Ga doped ZnONanocrystals with Potential Applications in Photonics

نویسندگان [English]

  • S. Alamdari 1
  • M. Tafreshi 1
  • M. Sasani Ghamsari 2
چکیده [English]

In this study, gallium doped zinc oxide GZO nanocrystals were prepared by a simple sol-gel route. As-prepared GZO sol was characterized using UV–Vis absorption and photoluminescence PL spectroscopy, FTIR. The GZO nanopowders were prepared by drying of the sol and characterized using X-ray diffraction analysis XRD, transmission electron microscopy TEM, and scanning electron microscopy SEM. The results showed that the prepared nanoparticles have a good luminescence property in the visible area that has not been reported before. In addition, X-ray diffraction analysis showed that the samples had a hexagonal structure. The synthesized colloidal sample has strong blue light emission that was not reported before. The presence of gallium, zinc and related bonds in the structure was confirmed by EDAX and FTIR characterization. Studies showed that GZO nanocrystals can be a good candidate for nuclear detection, LEDs and optoelectronic devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sol-gel
  • Nanocrystal
  • ZnO
  • Doping
  • GA
  • Luminescence
[1] M. Sasani Ghamsari, S. Alamdari, W. Han, H. H Park, “Impact of nanostructured thin ZnO film in ultraviolet protection”, Int. J. Nanomedicine 12,207–216, 2017. [2]M. Sasani Ghamsari, M. Vafaee, “Sol–gelderived zinc oxide buffer layer for use in randomlaser media”, Mater. Letters. 62, 1754–1756, 2007.[3] S. Alamdari, M. Jafar Tafreshi, M. SasaniGhamsari, “The effects of indium precursors on thestructural, optical and electrical properties of nanostructured thin ZnO films”, Mater. Lett. 197,94–97, 2017. [4] S. Alamdari, M. Sasani Ghamsari, M. H. MajlesAra, B. Efafi, “Highly concentrated IZO colloidalnanocrystals with blue/orange/red three-colorsemission”, Mater. Letters. 158, 202–204, 2015. [5] P. Barnita P, S. Budhi, G. Subhasis, R. Anushree, “A comparative study on electrical and opticalproperties of group III (Al, Ga, In) doped ZnO”,Thin Solid Films, 603, 21–28, 2016. [6] S. G. Mei, J. L. Wang, K. Yong, G. L. Zhang,Y.-Q. Li, “Preparation and characterization of Gallium doped ZnO/Epoxy composite as thermal-insulating coating”, Asian Journal Chemist ry ,24,2210-2212, 2012. [7] H. J. Ko, Y.F. Chen, S.K. Hong, H.Wenisch, T. Yao, D.C. Look, “Ga-doped ZnO films grown on GaN templates by plasma-assisted molecular-beam
epitaxy”, Applied Physics Letters. 77, 3761-3763,2000. [8] M. C. Jun, S. U. Park, J. H. Koh,” Comparativestudies of Al-doped ZnO and Ga-doped ZnOtransparentconducting oxidethinfilms”, Nanoscale Research Letters, 7, 639, 2012.[9]H. Nanto, M. Sato, Y. Miyamoto, K. Hirasawa,Y. Takei, T. Yanagida, T. Nakamura, M. Katagiri, “Luminescence properties of impurity-doped zincoxide phosphor for novel neutron detection”,Sensors and Materials, 28, 905-916, 2016. [10] R. M. Turtos, S. Gundacker, M.T. Lucchini, L. Prochazkova, V. Cuba, H. Buresova, J. Mrazek, M.Nikl, P. Lecoq, E. Auffray, “Timing performance of ZnO: Ga nanopowder composite scintillators”, Physics Status Solidi (RRL), 10, 843–847, 2016.[11] P. Rodnyi, Boca Raton, FL, “Physicalprocesses in inorganic scintillators”, CRC Press, 1, 1–51, 1991. [12] M. H. yoon, S. H. Lee, H. L. Parkh,H. K. K im, M. S. Jang, “Solid solubility limits of Ga and Al in ZnO”, Journal of Materials Science Letters, 21, 1703–1704, 2002, [13] A. Wood, M. Giersig, M. Hilgendorff, A. VilasCampos, L. M. Liz-Marzan and P. Malvaney, “Size effects in ZnO: The cluster to quantum dottransition”, Australian Journal Chemistry, 56, 1051-1057, 2013. [14] M. R. Gaeeni, M. Tohidian, M. Majles-Ara,“Green Synthesis of CdSe Colloidal Nanocrystalswith Strong Green Emission by the Sol−GelMethod”, Industrial & Engineering ChemistryResearch, 53, 7598−7603, 2014. [15] A. Alkauskas, A. Pasquarello, “Band-edgeproblem in the theoretical determination of defectenergy levels: The O vacancy in ZnO as a benchmark case”, Physics Review B, 84, 1-11,2011. [16] M. Willander, O. Nur, J. R. Sadaf, M. I. Qadir,S. Zaman, A. Zainelabdin, N. Bano, I. Hussain, “Luminescence from zinc oxide nanostructures andpolymers and their hybrid devices”, Materials, 3, 2643-2667, 2010.

[16] N. Rajeswari Yogamalar, A. Chandra Bose,“Burstin–Moss shift and room temperature near-band-edge luminescence in lithium-doped zincoxide”, Applied Physics, 103, 33–42, 2011. [17] M. Willander, O. Nur, J. Rana Sadaf, M. IsrarQadir, S. Zaman, “Luminescence from zinc oxidenanostructures and polymers and their hybriddevices”, Materials, 3, 2643–2667, 2010. [18] M. Willander, O. Nur, J. R. Sadaf, M. I. Qadir,S. Zaman, A. Zainelabdin, N. Bano, I. Hussain, “Luminescence from zinc oxide nanostructures andpolymers and their hybrid devices”, Materials, 3, 2643-2667, 2010. [19] B. Efafi, M. Sasani Ghamsari, M.A.Aberoumand, M.H. Majles Ara, A.H. SasaniGhamsari, H. Hojati Rad, “Aluminum doped ZnOsol–gel derived nanocrystals: Raman spectroscopyand solid solubility characterization”, Physics. Status Solidi A, 1–5, 2014.[20] M.R Islam, J. Podder, “Optical properties of ZnO nano fiber thin films grown by spray pyrolysisof zinc acetate precursor” Crystal ResearchTechnology, 44, 286-292, 2009.