ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОРОЗМІРНОГО ОКСИДУ ЦИНКУ ОТРИМАНОГО ЕЛЕКТРОХІМІЧНИМ МЕТОДОМ

Анотація

Для синтезу наноструктурованого ZnO було використано розроблений авторами електролітичний метод, перевагами якого є екологічність та економічність процесу, невисокі температури синтезу (20-98 °С) та відсутність потреби в застосуванні складного обладнання.

Розроблений метод дозволяє отримувати низькодисперсні матеріали різного елементного складу, зокрема, сполуки цинку – ZnO та гідроцинкіту, які вивчалися в цій роботі. Методом рентгено-структурного аналізу (РСА) встановлено, що для синтезованого ZnO притаманна гексагональна структура вюртциту P6₃mc, а для гідроцинкіту – моноклінна призматична структура C2/m. Дослідження синтезованих нанокристалів (НК) ZnO методом скануючої електронної мікроскопії показали, що для них притаманна форма стрижнів та «нанозірок», причому при збільшенні температури електроліту в процесі синтезу, концентрація останніх зростає. Водночас, згідно РСА при збільшенні температури електроліту концентрація гідроцинкіту в синтезованому порошку зменшується.

Встановлено, що технологічні параметри синтезу та наступного відпалу ZnO суттєво впливають на спектри фотолюмінесценції (ФЛ), зокрема, в роботі досліджено вплив на ФЛ збільшення концентрації кисню в електроліті. Показано, що продування через електроліт повітря в процесі синтезу ZnO приводить до зміни в останніх кількості фотогенеруючих дефектів V_O⁺ та O_i, що проявляється в зміні інтенсивностей окремих смуг ФЛ. Зокрема, зареєстровано ріст інтенсивності смуги ~ 440 нм, яка зумовлена збільшенням кількості дефектів пов'язаних з включеннями оксигену (О_і) у ґратку ZnO та утворенням гідроцинкіту (Zn₅(OH)₆(CO₃)₂), формування останнього підтверджено РСА. Продемонстровано, що відпал синтезованого порошку, в процесі синтезу якого електроліт продувався повітрям, призводить до зростання на порядок інтенсивності екситонної смуги ZnO, що пояснено термічним розкладом гідроцинкіту до «активного» ZnO з досить розвинутою поверхнею. Продемонстровано, що отриманий люмінофор на основі нанокристалів ZnO, перекриває весь видимий спектр, що важливо для створення перспективних джерел білого світла.

В резонансних раманівських спектрах (l_збудж = 325 нм) відпалених ZnO зразків, проявляється лише один оптичний фонон 1-го порядку А₁(LO) при ~ 573 см^-1 та його обертони аж до 4-го порядку, що свідчить про високу кристалічну досконалість синтезованого ZnO.