تأثیر شرایط رشد بر آرایه نانومیله‌های همراستای ZnO

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ولیعصر )عج(، رفسنجان، استان کرمان

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ولیعصر (عج)، رفسنجان، استان کرمان

چکیده

در کار حاضر، نانوساختارهای یک بعدی همراستا یا نانومیله‌های ZnO به روش نهشت حمام شیمیایی در دماهای کمتر از oC120 به کمک لایه‌جوانه‌زنی در شرایط مختلف مانند دما و غلظت حمام، ضخامت لایه جوانه‌زنی و بازپخت آن رشد کرده‌اند. ویژگی‌های ساختاری، ریختی و شیمیایی، و اپتیکی آرایه نانومیله‌های ZnO به ترتیب به وسیله پراش سنجی پرتوX ، میکروسکوپ الکترونی روبشی- گسیل میدانی بهمراه طیف‌سنجی پرتو X با پاشندگی انرژی FE-SEM/EDX و طیف سنجی جذبی UV-Vis-near IR بررسی می‌شوند. عملیات حرارتی پس از سنتز نانومیله‌ها افزایش در کیفیت بلوری نانومیله‌های رشد یافته با جهت‌گیری ترجیحی عمودی C به دنبال دارد. ارتفاع، قطر میانگین و چگالی نانومیله‌های به شدت همراستا بر لایه جوانه‌زنی ZnO به ترتیب در حدود nm190، nm52-31 وrods/µm2413-290 می‌باشند. بازپخت نانومیله‌ها در دمای oC400 باعث کاهش انرژی گاف نواری از مقدار eV29/3 برای نانومیله‌ها بدو-رشد به مقدار eV19/3 می‌شود. افزایش دمای حمام شیمیایی تا oC110 باعث جهت‌گیری رندوم نانومیله‌ها و کاهش انرژی گاف نواری می‌شود. بازپخت لایه جوانه‌زنی در بازه دمایی oC600-200 باعث کاهش در ارتفاع نانومیله‌ها، افزایش در قطر متوسط و کاهش در تراکم و همینطور کاهش در انرژی گاف نواری می‌شود. کاهش در ضخامت لایه جوانه‌زنی باعث کاهش در قطر نانومیله‌ها و افزایش تراکم آن‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Growth Condition on Charactristic of ZnO nanorods

نویسندگان [English]

  • Neda Shahi 1
  • A. Rahmati 2
  • P. Iranmanesh 1
چکیده [English]

One- dimensional well-aligned ZnO nanostructures nanorods array have been synthesized by low temperature method less than 120oC using seed layer. The effect of bath concentration and temperature, seed layer annealing and thickness was studied on nanorods density, diameter, height and their optical absorption. Post annealing of the synthesized nanorods causes to increase in crystalline qualityand perfected growth in c normal direction. The structure, morphology, chemical and optical, properties of ZnO NRs array were studied by X-ray diffractometery XRD, field emission-scanning electron microscope/energy dispersive X-ray spectroscopy FE-SEM/EDX and UV-Vis-near IR optical absorption spectroscopy,respectively. The height, mean diameter and density of trongly well-aliged ZnO NRs array are 190nm, 31-52nm and 290-413 rods/µm2 on ZnO seed layer, respectively. The annealing of ZnO NRs results in bandgap energy reduction to 3.19 eV in comparision to 3.29 eV for as-grown ZnO NRs. The increase in chemical bath temperature 110oC cause to random orientation in ZnO NRs and bandgap energy shrinkage. The annealing of seed layer in 200- 600oC decreases the densityas well decreases bandgap energy. The seedlayer thickness lowering decreases the ZnO NRs diameter and increases their density.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thermal decomposition
  • annealing
  • magnetron sputtering
  • well-aligned ZnO nanorods array
[1] K. Xu, J. Wu, C. F. Tan, G. W. Ho, A. Wei, M. Hong, “Ag-CuO-ZnO metal- semiconductor multiconcentric nanotubes for achieving superior and perdurable photodegradation”, Nanoscale, 9, 11574-11583, 2017.
[2] X. Liu, J. Cao, B. Feng, L. Yang, M. Wei, H. Zhai, H. Liu, Y. Sui, J. Yang, Y. Liu, “ Facile fabrication and photocatalytic properties of ZnO nanorods/ZnSe nanosheets heterostructure.”, Superlattices and Microstructures, 83, 447-458, 2015.
[3] A. Rahmati and M. Yousefi, “Well Oriented ZnO Nanorods Array: Negative Resistance and Optical Switching.” Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 643, 870-876, 2017.
[4] A. Rahmati and S. Zakeri-Afshar,“Heteroepitaxial ZnO/CuO thin film and nanorods array: photoconductivity and field emission effect.” J. Mater. Sci: Mater. In Electronics, 28, 13032-13040, 2017.
[5] A. Rahmati, B. Rahmani, A. Farokhipour, “Hetero Plasmonic 2D and 3D ZnO/Ag Nanostructures: Electrical and Photocatalytic Applications.” J. Mater. Sci. Mater. In Electronics, 2018.
[6] C. Kittel, “Quantum theory of solids.”, Wiley, 1987.
[7] L. Wang, G. Tian, Y. Chen, Y. Xiao and H. Fu,“In situ formation of ZnOZnSe nanonail array as
photoelectrode for enhanced photoelectrochemical water oxidation performance”, Nanoscale, 8, 9366-
9375, 2016.