ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ УМОВ СИНТЕЗУ НА ОПТИКО-СПЕКТРАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВИСОКОДИСПЕРСНИХ ФОРМ ОКСИДУ ЦИНКУ
Ключові слова:
оксид цинку, наночастинки, оптико-спектральні властивості, УФ-видима абсорбційна спектроскопія, оптична ширина забороненої зони.Анотація
У роботі представлені результати синтезу високодисперсних форм оксиду цинку методом прямого осадження у водному середовищі, а також дослідження впливу прекурсорів (ацетат цинку – Zn(CH3CO2)2·2H2O, хлорид цинку – ZnCl2, гідроксид натрію – NaOH) і термолізу на оптико-спектральні властивості отриманого матеріалу.
На основі результатів абсорбційної спектроскопії в УФ-видимому діапазоні доведено, що всі отримані зразки є оксидом цинку модифікації в’юрцит. Характер піків в області 375 і 370 нм на спектрах поглинання зразків ZnO, синтезованих з ацетату і хлориду цинку відповідно, а потім висушених при 60оС, свідчить про нанорозмірний діапазон і монодисперсний характер розподілу частинок. Термообробка досліджуваних зразків ZnO при 300оС призводить до зсуву максимумів поглинання в червону зону до 382 і 376 нм, обумовленому можливою агломерацією частинок.
Графічне визначення оптичної ширини забороненої зони синтезованих напівпровідникових кристалів ZnO за експериментально виміряними залежностями (αhν)2 показує менші значення Eg (2,8 і 2,75 еВ), ніж у об’ємного ZnO (≈ 3,37 еВ). Встановлено, що найбільш низька величина оптичної ширини забороненої зони спостерігається у зразків ZnO після термообробки, що корелює зі збільшенням розміру кристалітів, в результаті чого відбувається зсув краю поглинання в область більш низьких енергій (2 і 2,4 еВ). Даний червоний зсув можна пояснити також формуванням власних дефектів кристалічної решітки.
Отримані результати мають практичне значення для наступних досліджень, спрямованих на отримання високодисперсних форм ZnO з контрольованими розмірами і морфологією з метою застосування в технологіях опорядження текстильних матеріалів.
Посилання
Özgür Ü., Alivov Ya.I., Liu C., et al. A Comprehensive Review of ZnO Materials and Devices. J. Appl. Phys, 2005, 98, 041301.
Kołodziejczak-Radzimska, A.; Jesionowski, T. Zinc Oxide—From Synthesis to Application: A Review. Materials, 2014, 7, 2833-2881. https://doi.org/10.3390/ma7042833
Li L., Fan T., Hu R., et al. Surface micro-dissolution process for embedding carbon nanotubes on cotton fabric as a conductive textile. Cellulose, 2017, 24(2), 1-8. DOI:10.1007/s10570-016-1160-2
Fan T., Zhao Z., Zhou J., et al. Fabrication of magnetic cotton fabrics using surface micro-dissolving technology in ZnCl2 aqueous solution. Cellulose, 2018, 25(2). DOI:10.1007/s10570-017-1623-0
Thennarasu G., Sivasamy A. Enhanced visible photocatalytic activity of cotton ball like nano structured Cu doped ZnO for the degradation of organic pollutant. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2016, 134(Pt 2), 412-420. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2015.10.030
Salat M., Petkova P., Hoyo J., et al. Durable antimicrobial cotton textiles coated sonochemically with ZnO nanoparticles embedded in an in-situ enzymatically generated bioadhesive. Carbohydrate Polymers, 2018, 189, 198-203. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.02.033
Xu B., Cai Z. Fabrication of a Superhydrophobic ZnO Nanorod Array Film on Cotton Fabrics Via a Wet Chemical Route and Hydrophobic Modification. Applied Surface Science, 2008, 254(18), 5899-5904. DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.03.160
Lam Y.L., Kan C.W., Yuen C.W.M. Flame-retardant finishing in cotton fabrics using zinc oxide co-catalyst. Journal of Applied Polymer Science, 2011, 121, 1, 612-621. DOI: 10.1002/app.33738
Borda d’ Água R., Branquinho R., Duarte M.P., et al. Efficient coverage of ZnO nanoparticles on cotton fibres for antibacterial finishing using a rapid and low cost in situ synthesis. New J. Chem., 2018, 42, 1052-1060. DOI: 10.1039/C7NJ03418K
Yadav A., Prasad V.A., Kathe A.A., Raj S., et al. Functional finishing in cotton fabrics using zinc oxide nanoparticles. Bulletin of Materials Science, 2006, 29, 641–645.
AbdEl-Hady M.M., Farouk A., Sharaf S. Flame retardancy and UV protection of cotton based fabrics using nano ZnO and polycarboxylic acids. Carbohydrate Polymers, 2013, 92, 1, 400-406. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.08.085
Anandan M., Dinesh S., Krishnakumar N., Balamurugan K. Tuning the crystalline size of template free hexagonal ZnO nanoparticles via precipitation synthesis towards enhanced photocatalytic performance. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2017, 28, 2574–2585.
Zak A.K., Razali R., Majid W.A., Darroudi M. Synthesis and characterization of a narrow size distribution of zinc oxide nanoparticles. Int. J. Nanomed. 2011, 6, 1399–1403. DOI: 10.2147/IJN.S19693
Tabib A., Bouslama W., Sieber B., Addad A., Elhouichet H., Ferid M., Boukherroub R. Structural and optical properties of Na doped ZnO nanocrystals: Application to solar photocatalysis. Appl. Surf. Sci. 2017, 396, 1528–1538. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.11.204
Liang Y., Wicker S., Wang X., Erichsen E., Fu F. Organozinc Precursor-Derived Crystalline ZnO Nanoparticles: Synthesis, Characterization and Their Spectroscopic Properties. Nanomaterials, 2018, 8, 22. DOI: 10.3390/nano8010022
Ali T.T., Narasimharao K., Parkin I.P., Carmalt C.J., et al. Effect of pretreatment temperature on the photocatalytic activity of microwave irradiated porous nanocrystalline ZnO. New J. Chem. 2015, 39, 321–332. DOI: 10.1039/C4NJ01465K
Sathya M., Claude A., Govindasamy P., Sudha K., Claude A. Growth of pure and doped ZnO thin films for solar cell applications. Pelagia Res. Libr. Adv. Appl. Sci. Res. 2012, 3(5), 2591–2598.
Balogun S.W., Sanusi Y.K., Aina A.O. Impact of Post-Deposition Heat Treatment on the Morphology and Optical Properties of Zinc Oxide (ZnO) Thin Film Prepared by Spin-Coating Technique. J. Photon. Mater. Technol. 2017, 3(3), 20. DOI: 10.11648/j.jmpt.20170303.11
Sathya M., Claude A., Govindasamy P., Sudha K., Claude A. Growth of pure and doped ZnO thin films for solar cell applications. Pelagia Res. Libr. Adv. Appl. Sci. Res. 2012, 3, 2591–2598.
Sun Y., Guo H., Zhang W., Zhou T., et al. Synthesis and characterization of twinned flower–like ZnO structures grown by hydrothermal methods. Ceram. Int. 2016, 42, 9648–9652. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.03.051
Zak A. K., Abrishami M.E., Majid W.H. et al. Effects of annealing temperature on some structural and optical properties of ZnO nanoparticles prepared by a modified sol–gel combustion method. Ceram. Int., 2011, 37, 393–398. DOI: 10.1016/j.ceramint.2010.08.017
Ma S., Liang H., Wang X., et al. Controlling the Band Gap of ZnO by Programmable Annealing. J. Phys. Chem. C. 2011, 115, 42, 20487–20490. DOI: 10.1021/jp207237d
Li J.W., Liu X.J., Yang L.W. et al. Photoluminescence and photoabsorption blueshift of nanostructured ZnO: Skin-depth quantum trapping and electron-phonon coupling. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 031906. DOI:10.1063/1.3184566
