مطالعه خواص ساختاري، نوري و حسگري گازي نانو ذرات اكسيد روي آلائيده با آلومينيوم، سنتز شده به روش حلال گرمايي

Investigation of the structural, optical and gas sensing properties of Aluminum doped zinc -oxide nanoparticles synthesized by solvo-thermal method

در اين پژوهش، نانو ذرات نيمرساناي اكسيد روي آلاييده با ناخالصي آلومينيوم (AZO) با استفاده از نمك اوليه نيترات روي و عامل كمپلكس ساز اتيلن گليكول با نسبت مولي آلومينيوم به روي 0، 2، 4، 6 و 10 درصد به روش حلال گرمايي سنتز شدند. ساختار بلوري و ريختار سطح نمونه­ هاي تهيه شده توسط پراش­ سنج پرتو ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي اثر ميدان (FESEM) و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) بررسي شد. نتايج پراش پرتو ايكس نشان داد كه نمونه ­ها داراي قله­ هاي ارجح مربوط به صفحات (100)، (002)، (101)، (102)، (110) و (103) فاز اكسيد روي با ساختار بلوري شش گوشي ورتسايت هستند. با افزايش تراكم ناخالصي، جايگاه قله­ ها به سمت زاويه­ هاي بالاتر جا به ­جا مي­ شوند، اندازه نانو بلورك ­ها روند افزايشي و ثابت­ هاي شبكه روند كاهشي دارند. اندازه نانو بلورك­ ها در گستره 17/51 تا 26/21 نانومتر است. تصاوير FESEM و TEM نمونه ­ها نشان دادند كه افزايش درصد ناخالصي آلومينيوم باعث افزايش اندازه دانه ­ها و نانو ذرات شده است. گاف نوري نانو ذرات در گستره 2/5 تا eV2/79 است. با افزايش مقدار ناخالصي آلومينيوم از صفر تا 4%، گاف نوري به تدريج كاهش يافته و با افزايش بيشتر ناخالصي گاف نوري افزايش مي ­يابد. بررسي ويژگي هاي حسگري به گاز استون در نمونه­ ي با 4% ناخالصي نشان داد كه بيشترين زمان پاسخ 60 ثانيه براي غلظت ppm 2300 و كمترين زمان پاسخ 42 ثانيه براي غلظت ppm 3600 است.

In this research, semiconductor nanoparticles of Aluminum doped zinc oxide (AZO) were synthesized using zinc nitride as a precursor and ethylene-glicol as complexing agent with Aluminum molar ratio of 0, 2, 4, 6, 8 and 10% by solvo-thermal method. Crystal structure and surface morphology of the samples were studied by X-ray diffraction analysis (XRD), Field Effect Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Tunneling Electron Microscopy (TEM). XRD Results describes the Hexagonal wurtzite structure of zinc oxide with preferred peaks corresponding to (100), (001), (101), (102), (110) and (103) planes. Also by increasing of Aluminum concentration, the preferred peaks shift to higher angles, hence lattice constants have a decreasing trend. While, nano-crystallite sizes have an increasing trend and the sizes were found between 17.5 to 25.2 nm. FESEM and TEM images show that increase of Aluminum concentration causes increase of the nanoparticles size. The optical band gap of the samples was found between 2.03 to 2.66 eV. By increasing Aluminum content from 0 to 4%, band gap decreases and then increases for higher concentrations from 4 to 10%. Investigation of the Acetone gas sensor properties for the sample of 4% impurity shows that maximum response time is for 2300 ppm density which is 60 s and the minimum is 42 s for 3600 ppm.