ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ, НА ИХ МОРФОЛОГИЮ
Аннотация
Наноструктурированные материалы, особенно оксид цинка (ZnO), привлекают значитель- ное внимание благодаря широкому спектру применений, включающих в себя, пьезоэлектрические устройства, газовые сенсоры и фотокатализ. В частности, наностержни ZnO, благодаря своей одномерной структуре, обладают высокой площадью поверхности и настраиваемой морфологией. В данной работе исследовано влияние различных условий синтеза на морфологию наностержней ZnO, сформированных методом химического осаждения. Изучено воздействие концентрации пре- курсора оксида цинка и вспомогательных веществ в затравочном растворе, времени термической обработки и толщины затравочного слоя, диаметра затравочных центров, и типа подложки на морфологию наностержней ZnO. Установлено, что изменение концентрации гексаметилентет- рамина (ГМТА) незначительно влияет на размеры наностержней, в то время как уменьшение кон- центрации затравочного раствора приводит к уменьшению их длины от 380±28 нм до 247±41 нм. Увеличение толщины затравочного слоя способствует увеличению размеров наноструктур и при- водит к росту среднего диаметра стержней от 86±12 нм до 102±13 нм и длин от 356±29 нм до 391±46 нм. Уменьшение концентрации затравочного раствора приводит к уменьшению диамет- ров затравочных центров от 9±1 нм до 7±1 нм, а уменьшение времени термической обработки затравочного слоя, напротив, к их увеличению, что связано с неполным термическим разложением прекурсора. Горизонтальное расположение подложки подавляет вертикальный рост наностерж- ней из-за активной нуклеации в объеме реакционного раствора и последующего осаждения нанос- тержней на подложку. Вертикальное положение подложки способствует увеличению длины кри- сталлов. Полученные результаты предоставляют ценную информацию для направленного синтеза наностержней ZnO с заданными характеристиками для различных применений
Список литературы
1. Chen W. et al. A new photoanode architecture of dye sensitized solar cell based on ZnO nanotetrapods
with no need for calcinations // Electrochemistry Communications. – 2009. – Vol. 11, No. 5.
– P. 1057-1060.
2. Choi M.Y. et al. Mechanically powered transparent flexible charge-generating nanodevices with piezoelectric
ZnO nanorods // Advanced Materials. – 2009. – Vol. 21, No. 21. – P. 2185-2189.
3. Guo J. et al. High-performance gas sensor based on ZnO nanowires functionalized by Au nanoparticles
// Sensors and Actuators B: Chemical. – 2014. – Vol. 199. – P. 339-345.
4. Zhang X. et al. Effect of aspect ratio and surface defects on the photocatalytic activity of ZnO
nanorods // Scientific reports. – 2014. – Vol. 4, No. 1. – P. 4596.
5. Mang A. et al. Band gaps, crystal-field splitting, spin-orbit coupling, and exciton binding energies in
ZnO under hydrostatic pressure //Solid state communications. – 1995. – Vol. 94, No. 4. – P. 251-254.
6. Thomas D.G. The exciton spectrum of zinc oxide // Journal of Physics and Chemistry of Solids.
– 1960. – Vol. 15, No. 1-2. – P. 86-96.
7. Beermann N., Vayssieres L., Lindquist S.-E., Hagfeldt A.J. Photoelectrochemical studies of oriented
nanorod thin films of hematite // J. Electrochem. Soc. – 2000. – 147. – P. 2456-2461.
8. Jiao M. et al. On-chip hydrothermal growth of ZnO nanorods at low temperature for highly selective
NO2 gas sensor // Materials Letters. – 2016. – Vol. 169. – P. 231-235.
9. Lim S.K. et al. Preparation of ZnO nanorods by microemulsion synthesis and their application as a CO
gas sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2011. – Vol. 160, No. 1. – P. 94-98.
10. Kumar S., Sahare P.D., Kumar S. Optimization of the CVD parameters for ZnO nanorods growth: Its
photoluminescence and field emission properties // Materials Research Bulletin. – 2018. – Vol. 105.
– P. 237-245.
11. Shinde S.D. et al. Synthesis of ZnO nanorods by spray pyrolysis for H2S gas sensor // Journal of Alloys
and Compounds. – 2012. – Vol. 528. – P. 109-114.
12. Cao B., Cai W. From ZnO nanorods to nanoplates: chemical bath deposition growth and surfacerelated
emissions // The Journal of Physical Chemistry C. – 2008. – Vol. 112, No. 3. – P. 680-685.
13. Yi S.H. et al. Low-temperature growth of ZnO nanorods by chemical bath deposition // Journal of colloid
and interface science. – 2007. – Vol. 313, No. 2. – P. 705-710.
14. Abdulrahman A.F. et al. Effect of growth temperature on morphological, structural, and optical properties
of ZnO nanorods using modified chemical bath deposition method // Journal of Electronic Materials.
– 2021. – Vol. 50, No. 3. – P. 1482-1495.
15. Gawali S.A. et al. Synthesis of zinc oxide nanorods from chemical bath deposition at different pH
solutions and impact on their surface properties // Journal of Alloys and Compounds. – 2017.
– Vol. 704. – P. 788-794.
16. Rosli N., Halim M.M., Hashim M.R. Effect of CBD growth times on the ZnO microrods prepared on
macroporous silicon // Applied Physics A. – 2021. – Vol. 127, No. 9. – P. 712.
17. Yuliarto B. et al. Enhancement of SO 2 gas sensing performance using ZnO nanorod thin films: The
role of deposition time // Journal of Materials Science. – 2017. – Vol. 52. – P. 4543-4554.
18. Poornajar M. et al. Synthesis of ZnO nanorods via chemical bath deposition method: The effects of
physicochemical factors // Ceramics International. – 2016. – Vol. 42, No. 1. – P. 173-184.
19. Yoon Y.C., Park K.S., Kim S.D. Effects of low preheating temperature for ZnO seed layer deposited by
sol–gel spin coating on the structural properties of hydrothermal ZnO nanorods // Thin Solid Films.
– 2015. – Vol. 597. – P. 125-130.
20. Ashfold M.N.R. et al. The kinetics of the hydrothermal growth of ZnO nanostructures // Thin Solid
Films. – 2007. – Vol. 515, No. 24. – P. 8679-8683.
21. Govender K. et al. Understanding the factors that govern the deposition and morphology of thin films
of ZnO from aqueous solution // Journal of Materials Chemistry. – 2004. – Vol. 14, No. 16. – P. 2575-2591.
22. Матвеев А.В., Машуков М.Ю., Нартова А.В., Санькова Н.Н., Окунев А.Г. Автоматический анализ
изображений микроскопии с применением облачного сервиса DLgram01 // Физико-химические
аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 300-311.
23. Andrade E. et al. Growth, structure and optical characterization of high quality ZnO thin films obtained
by spray pyrolysis // Thin solid films. – 1999. – Vol. 350, No. 1-2. – P. 192-202.
24. Wang Y. et al. Controllable synthesis of ZnO nanoflowers and their morphology-dependent photocatalytic
activities // Separation and Purification Technology. – 2008. – Vol. 62, No. 3. – P. 727-732.
25. Schmidt-Mende L., MacManus-Driscoll J.L. ZnO–nanostructures, defects, and devices // Materials
today. – 2007. – Vol. 10, No. 5. – P. 40-48.
26. Sugunan A. et al. Zinc oxide nanowires in chemical bath on seeded substrates: role of hexamine //
Journal of Sol-Gel Science and Technology. – 2006. – Vol. 39. – P. 49-56.
27. Parize R. et al. Effects of hexamethylenetetramine on the nucleation and radial growth of ZnO nanowires
by chemical bath deposition // The Journal of Physical Chemistry C. – 2016. – Vol. 120, No. 9.
– P. 5242-5250.
28. Strano V. et al. Double role of HMTA in ZnO nanorods grown by chemical bath deposition // The
Journal of Physical Chemistry C. – 2014. – Vol. 118, No. 48. – P. 28189-28195.
