文摘

我们报告的影响形态改性氧化锌纳米棒的光学性质和极化(NR)。这里的形态和结构的氧化锌NR修改通过引入不同的退火温度。长度和直径的增加,密度变化的氧化锌NR显然是观察到通过增加退火温度。我们发现样品显示不同的氧空位(VO)和锌间隙(锌我)浓度。我们建议V的不同浓度O和锌我是源于形态和结构修改。我们的研究结果表明,光学吸收和极化的氧化锌NR可以增强生产高浓度的VO和锌我。V的修改O和锌我促进减少的带隙和共存高光学吸收和氧化锌NR极化。我们的发现将使形态广泛深入的修改在氧化锌NR和表征技术。氧化锌NR的光学和高偏振特性是开发高性能的潜力multitype王中林教授装置能量收获。

1。介绍

近年来,能源消费的增加是记录在工业1,2和全球运输3,4)部门,主要是由于增加了经济活动和全国移动的人。在各种类型的能源,化石能源显示最大数量的能源消耗提供全球电力工业和全球运输3,5]。化石能源的大规模开发导致化石能源的大规模减少,又需要很长一段时间可以在自然界中,数百到数千年。此外,化石能源的消耗是一个环境问题的主要原因,如全球变暖,空气污染6- - - - - -8]。因此,它是非常重要的找到替代化石能源基于电力来自可再生的材料,这是安全的居住环境和丰富的自然。这里,可以生成电能从各种环境中可用的资源,如动能(压电)[9,10),热能(摩擦电)11- - - - - -14),和太阳能(光电)15- - - - - -17]。为了增加能量收获的数量和效率,混合王中林教授已经开发出来,它可以转换multienergy从本质18- - - - - -21]。然而,制造一个王中林教授系统能够收获multitype能源仍然是一个挑战。

在几个材料,应用于收获能量,氧化锌(氧化锌)由于其独特的性质备受关注22- - - - - -25]。此外,氧化锌已广泛应用于传感器(26,27),太阳能电池(28- - - - - -30.),和自旋电子学31日- - - - - -33)应用程序。氧化锌是一种半导体材料的带隙~ 3.3 eV大激发结合能60兆电子伏和高电子迁移率高达5000厘米2/ Vs [34]。氧化锌在室温下具有较高的稳定性与六角纤锌矿结构(186号,P63mc)[34]。这个结构有一个noncentrosymmetric原子结构,显示了一个高极化[35,36]。在这里,一个小变化的位移可以转化为电能。

在这项研究中,我们报告形态改性氧化锌NR和表征技术。在这里,形态学改变的影响行为的光学吸收和氧化锌NR的极化是全面研究了通过引入不同的退火温度。本研究开发高王中林教授将给一个重要的关键设备,它可以收获multitype能量。

2。实验方法

垂直对齐的氧化锌NR ITO-coated玻璃衬底上已经成功地通过引入种子生长层水热的方法。种子层制备的二水醋酸锌和乙醇的混合物。种子层充当奈米棒的初始增长,控制氧化锌NR的分布和取向。首先,二水醋酸锌和乙醇在70°C的温度搅拌45分钟获取一个同质的解决方案。在这里,单乙醇胺(MEA)被添加到解决方案,在70°C的温度搅拌2小时,直到有一个明确的解决方案和同质的颜色。此外,解决方案是在室温下保持24小时。种子层是由解决方案使用旋转涂布方法。种子层的制造进行了25 s和旋转,维持在3000 rpm。此外,预热温度为150°C 10分钟和退火550°C 2小时进行。

使用45毫米的氧化锌NR被捏造的前兆,四水硝酸锌的混合物、hexamethylenetetramine (HMT),和去离子水。热液过程维持在90°C的温度4小时。详细介绍了合成氧化锌NR的人物1。此外,形态修改是由引入不同的退火温度。以前,与温度有关的形态已报告修改模型(37]。在这里,在几个区域分类根据形态修改 ,与 和 代表应用退火温度和熔点( )。在这项研究中,我们专注于氧化锌NR的三种类型:没有退火/成熟氧化锌NR (ag-ZnO)和退火氧化锌NR在温度为400°C (400°C)氧化锌和500°C (500°C)氧化锌,持续15分钟。氧化锌400°C ( )和氧化锌500°C ( )包括在区 ,体结构。在这个区域,原子活化能较低,意味着低表面扩散。在应用的退火温度下,晶体生长的初始成核和继续。这里的材料v型柱状晶体与锥形裤和圆顶顶部(体),这是由废弃的边界(37]。


图1
合成氧化锌NR的示意图表示。种子层是首先由旋转涂布方法使用醋酸锌,乙醇,意味着解决方案。

形态改变,包括氧化锌NR的分布和厚度,研究了表面和横截面图像使用扫描电子显微镜(SEM)范:检查S50。表面密度是由使用表面密度模型没有任何额外的表征仪器(例如,Brunauer-Emmett-Teller(打赌)测量)。此外,光致发光(PL)光谱被用来确认样品的结构修改。光学吸收和极化的特点研究了氧化锌NR的光谱椭圆对称Micropack: Spec-EI 2000。

3所示。结果与讨论

图2介绍了衍射图样的氧化锌NR ITO-coated玻璃衬底与不同的退火温度。一个六角纤锌矿型氧化锌已成功通过水热法。在这里,锌(哦)2阶段(JCPDS号00-041-1359)是观察到衍射角ag-ZnO 28°47°。这个结果表明锌(OH)的一个不完整的转换2氧化锌。我们表明,退火导致锌的转换(哦)2显示成氧化锌,氧化锌的减少(哦)2伴随着氧化锌峰值强度的增加(JCPDS号01-089-7102和01-089-7102)。此外,氧化锌的晶格参数里特维德获得的细化,获得 和 ag-ZnO 3.250和5.206,3.249和5.204氧化锌400°C, 3.254和5.212氧化锌500°C。进一步分析已经完成确定结构改性氧化锌NR。这里,晶粒尺寸( )和晶格应变( )氧化锌的NR决心利用Williamson-Hall (W-H)阴谋方法如下: 与 是半宽度(应用)的衍射峰, 衍射图样, 是常数(0.9)。样品的晶粒尺寸73.1 nm, 70.8 nm, 78.3 nm和2.31×10的晶格应变−3,1.80×10−3和1.26×10−3。晶格应变表明,氧化锌的减少系统转向更稳定的条件和增强的结晶度,由氧化锌的增加显示峰值强度。这个结果与之前的结果一致,氧化锌NR的结晶度的增加归因于完成转换锌(哦)2在氧化锌的协助下退火温度就越高。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
晶体结构分析的氧化锌NR ITO-coated玻璃增加了热液的方法。(一)衍射图样的氧化锌NR ITO-coated玻璃。(b)结构分析的氧化锌NR ITO-coated玻璃用Williamson-Hall阴谋。观察到的锌(哦)2氧化锌NR的表明一个不完整的形成阶段。

数据3(一)-3(c)的形态学改变氧化锌NR ITO-coated玻璃衬底上。表面和横截面图像分布的代表性和样品的厚度。结果表明,种子层的使用已成功生成垂直对齐是成年人氧化锌(ag-ZnO),样品的厚度是由奈米棒的长度表示。我们发现,长度和直径的氧化锌NR与应用提高退火温度越高,与430 nm的长度,1.1μ1.4 m,μm和直径139.9 nm, 247.3 nm, ag-ZnO和394.0 nm,氧化锌400°C和氧化锌500°C,分别。此外,退火处理也促进氧化锌NR形态进化。体形状获得的成功应用在400°C的温度(退火处理 )和500°C ( )。为了探讨形态全面修改的样品,表面密度计算已经完成。在这里,表面密度是由使用表面SEM图像没有额外的表征仪器的映射。


图3
形貌的氧化锌NR与不同的退火温度。ag-ZnO扫描电镜的图像(a)、(b)氧化锌400°C,和(C)氧化锌500°C和表面密度(d) ag-ZnO模型(e)氧化锌400°C, (f)氧化锌500°C。

数据3(d) -3(f)代表样品的表面密度模型从扫描电镜图像。我们发现在400°C是由粗化退火氧化锌的样品。这里,增加直径的减少伴随着表面密度的百分比从19.21% (ag-ZnO)成为14.4%(氧化锌400°C)。我们注意到氧化锌500°C有密集的表面密度比氧化锌400°C,表面密度的百分比为17.8%。直径和密度的增加表明致密化的统治在退火500°C。材料分布与粗化和致密化过程见图4。我们推断,密度的变化是源于统治之间的粗化和致密化。粗化和致密化分布重排,发挥作用,增加(粗化)或减少(致密化)氧化锌NR的密度。此外,采用结构的形状差异(圆顶顶部和锥形底方)提供了一些无效(见图4),它允许光通过氧化锌NR,随后在氧化锌NR收益率高的吸收光。


图4
示意图说明分布的氧化锌NR统治的粗化和致密化。体结构的氧化锌NR提供了一些空隙由于氧化锌NR顶部和底部的形状不同。

此外,光学特性进行探讨氧化锌NR的结构修改和光学性质。图5介绍了PL光谱分析的样品多个高斯拟合。我们指出,峰值2.53 eV和2.66 eV是起源于氧空位(VO)。此外,锌间隙(锌的存在我带边沿附近)和(NBE)是观察到2.941 eV和3.15 eV。退火温度的增加会增加浓度的VO和锌我。其他研究证实,VO和锌我发挥重要作用在极化和光学吸收,分别为(36]。在这里,V的影响O和锌我光学吸收和偏振光谱椭圆光度法氧化锌NR详细调查。


图5
光致发光光谱的氧化锌NR与不同的退火温度。

图6(一)显示了氧化锌NR的介电函数具有不同的退火温度。结果证实,温度的增加促进了增长的( )和想象的( )介电函数的部分。在这里, 和 是由于电介质极化和光学系统的吸收,分别。结果表明,退火在400°C促进增长 (观察到一个能量的最大强度为3.21 eV), 没有显著变化。此外,退火在500°C促进的增加 和 。有趣的是,一把锋利的 也通过退火温度为500°C。这些结果可能由于氧化锌形态修改NR。图6 (b)代表了插图的光学吸收和极化照亮氧化锌NR。电子从价带激发()并创建一个洞到传导带(激发态)由于光吸收。激动的电子和空穴库仑相互作用相互作用,形成一个激子,促进系统中的电介质极化。图6 (c)提出了吸收光谱的氧化锌NR与不同的退火温度。观察到的最大吸收的能量3.21 eV,表示导带。此外,intraband吸收中观察到的能量范围2.0 - -2.5 eV,这大概是由于V的贡献O氧化锌NR。一个强大的吸收峰,这是有关激发状态,在氧化锌3.04 eV显然是观察NR 500°C。这个结果可能是由于从高浓度的锌双电离我在系统中。氧化锌显著结果是证实了NR 500°C,这显示了高的吸收光。我们推断高光学吸收与形态修改(体结构)相关联。此外,ag-ZnO和氧化锌400°C显示相同的~ 2.8 eV带隙,而氧化锌500°C的带隙减少~ 2.75 eV。这些特征的合理的解释是由于V的存在O和锌我激发态,进一步提供了更广泛的吸收光的能量范围。此前,低带隙氧化锌被报道在其他的研究中,提出了光学吸收的氧化锌(38]。带隙的减少被提拔的存在掺杂氧化锌midgap州系统(38,39]。在这项研究中,midgap状态的存在在我们的系统主要是与V的存在有关O和锌我激发状态。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图6
介电函数的实部和虚部(a),示意图表示的光学吸收和偏振发光的氧化锌NR (b),吸收系数(c)和氧化锌NR (d)的电介质极化率。一把锋利的峰值3.04 eV表明氧化锌500°c的激发态。

接下来的分析重点是氧化锌的极化NR的调查。系统的偏振响应可以表示其易感性( )价值。这里,电介质极化率得到介电函数的氧化锌NR(由以下关系35]。 与 和 是电介质极化率的实部和虚部。图6 (d)证实,氧化锌NR的电介质极化率更高的光子能量的增加的范围1.4 - -3.0 eV和增加显著的光子能量3.21 eV。此外,相同的概要文件也观察到在电介质极化率。新的激发态促进大幅电介质极化率在3.04电动汽车的能源氧化锌500°C,促进广泛的在能源介质磁化率3.04 - -3.21 eV提出的蓝色虚线图的插图6 (d)。更高和更广泛的介质磁化率提供增强的证据在氧化锌NR极化。样品的光学吸收和极化机理如图7。的存在VO和锌我可能会降低系统的绑定,进一步促进高极化率。此外,它允许高极化率。这些结果表明,锌的增加我和VO浓度氧化锌NR已经成功地提高了光学吸收和电介质极化率。


图7
原理图的影响VO和锌我氧化锌NR的光学吸收和极化。两个V的存在O和锌我促进了大量的光学吸收和极化率的氧化锌NR在光照明。

4所示。结论

结构和形貌的氧化锌NR已经成功修改通过引入不同的退火温度。退火温度的增加促进了氧化锌的完整形成阶段和氧化锌NR结晶度的增加更稳定的条件,如晶格应变表示减少。长度和直径增加1.4与各自的价值μm和394.0 nm退火在500°C。此外,表面密度的变化,增加氧空位(VO)和锌间隙(锌我)浓度的氧化锌NR观察到较高的退火温度。光学分析显示,高锌的存在我和VO浓度改变了带隙从2.8变成2.75 eV和促进了光学吸收的增加,极化的氧化锌NR,分别。有趣的是,高浓度也创造了新的激发态,增强的光学吸收和极化的氧化锌NR。高光学吸收的共存和极化将提供一个有利的条件是至关重要的设计氧化锌NR-based multitype能源王中林教授。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者欣然承认DRPM,研究、技术和高等教育(RISTEKDIKTI)印度尼西亚共和国PBK格兰特的财政支持。