Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính chất cấu trúc, quang phổ FTIR và quang học của gốm Zn1-x-yFexMyO tinh khiết và đồng doping (M = Cu, Ni) cho biến dạng dẻo và ứng dụng quang điện
Tóm tắt
Chúng tôi báo cáo về một nghiên cứu mới mẻ liên quan đến các tính chất cấu trúc, quang phổ FTIR và quang học của Zn0.90-xFe0.1MxO được đồng doping với ((M = Cu, Ni) và (x = 0.00, 0.10) và (0.00 < y < 0.20)) tại các nhiệt độ nung khác nhau Ts (Ts = 850 °C cho chuỗi I và 1000 °C cho chuỗi II). Mặc dù cấu trúc wurtzite ZnO được hình thành cho tất cả các mẫu, song một số đường phụ với cường độ nhỏ được hình thành. Tuy nhiên, số lượng những đường này cao hơn cho chuỗi I so với chuỗi II. Giá trị (c/a) và tham số U hầu như không thay đổi cho tất cả các mẫu, trong khi chiều dài liên kết Zn–O L có sự gia tăng nhẹ. Độ xốp và kích thước tinh thể giảm do sự có mặt của Fe, và cũng đối với các mẫu (Fe + Cu); các giá trị cho chuỗi I thấp hơn so với chuỗi II. Độ ứng suất dư là kéo dài cho hầu hết các mẫu. Thú vị thay, mô-đun Young, mô-đun cứng và mô-đun thể tích, tỷ lệ Poisson và nhiệt độ Debye, thu được từ phân tích FTIR, gia tăng nhờ vào việc bổ sung Fe và tăng thêm đối với mẫu (Fe + Ni) cho cả hai chuỗi. Một tính chất dẻo được xác định cho các mẫu tinh khiết, Fe và (Fe + Cu); trong khi một tính chất giòn được chứng thực cho các mẫu (Fe + Ni). Ngược lại, khoảng cách năng lượng (Eg), hằng số điện môi mạng dư (εL) và mật độ mang điện N đều tăng lên nhờ vào việc bổ sung Fe, theo sau là sự gia tăng thêm cho các mẫu (Fe + Cu), trong khi ngược lại với khoảng cách liên nguyên tử R. Ví dụ, Eg đã được tăng từ 3.153 eV cho ZnO tinh khiết lên 3.974 eV cho các mẫu (Fe + Cu) (tức là, tăng 0.821 eV), trong khi giảm xuống 2.851 eV cho các mẫu (Fe + Ni) (tức là, giảm 0.302 eV). Một hành vi tuyến tính được xác định giữa Eg và cả hai mô-đun đàn hồi (Y, β), căng thẳng mạng và vi mô (εL, εm), mật độ dịch chuyển (δ), ứng suất dư (σ) và mật độ mang điện N, trong khi một hành vi ngược lại được xác định giữa Eg và cả kích thước tinh thể (D), độ xốp (PS) và khoảng cách liên nguyên tử (R). Những kết quả này được giải thích theo các trạng thái bị chặn tạo ra của dải dẫn như đã được chỉ ra bởi hiệu ứng Burstein Moss. Những phát hiện mới này tiết lộ rằng việc đồng doping có các chế độ ZnO tích cực và oxit kim loại vừa phải trong cấu trúc ma trận ZnO, điều này làm cho ZnO được đồng doping với (Fe + Cu) trở nên phù hợp hơn cho các cảm biến khí và thiết bị quang điện. Ngược lại, các mẫu ZnO đồng doping (Fe + Ni) được khuyến nghị mạnh mẽ để thay đổi biến dạng dẻo. Theo kiến thức của chúng tôi, nghiên cứu hiện tại có thể được coi là nghiên cứu đầu tiên và có lẽ chưa bao giờ được thảo luận ở nơi nào khác, điều này làm nổi bật cuộc điều tra hiện tại.
Từ khóa
#ZnO #đồng doping #cấu trúc wurtzite #quang phổ FTIR #biến dạng dẻo #ứng dụng quang điệnTài liệu tham khảo
M. Matsouka, Jpn. J. Appl. Phys. 10(6), 736 (1971)
K. Mukae, K. Tsuda, I. Nagasawa, Jpn. J. Appl. Phys. 16(8), 1361 (1977)
D.R. Clarke, J. Am. Ceram. Soc. 82(3), 485 (1999)
A. Sedky, M. Abu-Abdeen, A.A. Almulhem, Phys. B 388, 266 (2007)
H. Morkoç, Ü. Özgür, Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology, 1st edn. (Wiley-Vch, Weinheim, Germany, 2009)
M. Mustaqima, C. Liu, ZnO-based nanostructures for diluted magnetic semiconductor. Turk. J. Phys. 38, 429–441 (2014)
I. Djerdj, Z. Jaglicic, D. Arcon, M. Niederberger, Co-doped ZnO nanoparticles: minireview. Nanoscale 2, 1096–1104 (2006)
Z. Yang, A perspective of recent progress in ZnO diluted magnetic semiconductors. Appl. Phys. A 112, 241–254 (2013)
C. Liu, F. Yun, H. Morkoç, Ferromagnetism of ZnO and GaN: a review. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 16, 555–597 (2005)
J. Zhang, K. Tse, M. Wong, Y. Zhang, J. Zhu, A brief review of co-doping. Front. Phys. 11, 117405 (2016)
H. Katayama-Yoshida, T. Nishimatsu, T. Yamamoto, N. Orita, Codoping method for the fabrication of low-resistivity wide band-gap semiconductors in p-type GaN, p-type AlN and n-type diamond: Prediction versus experiment. J. Phys. Condens. Matter 13, 8901–8914 (2001)
J. Wojnarowicz, M. Omelchenko, J. Szczytko, T. Chudoba, S. Gierlotka, A. Majhofer, A. Twardowski, W. Lojkowski, Curr. Comput.-Aided Drug Des. 8(11), 410 (2018). https://doi.org/10.3390/cryst8110410
D. Karmakar, C. Rao, J.V. Yakhmi, A. Yaresko, V.N. Antonov, R.M. Kadam, S.K. Mandal, R. Adhikari, A.K. Das, T.K. Nath, N. Ganguli, I. Dasgupta, G.P. Das, Phys. Rev. B 81, 184421 (2010)
H.B. Wang, H. Wang, C. Zhang, F.J. Yang, J.X. Duan, C.P. Yang, H.S. Gu, M.J. Zhou, Q. Li, Y. Jiang, J. Nanosci. Nanotechnol. 9(5), 3308–3312 (2009)
J. Wojnarowicz, S. Kusnieruk, T. Chudoba, S. Gierlotka, W. Lojkowski, W. Knoff, M.I. Lukasiewicz, B.S. Witkowski, A. Wolska, M.T. Klepka et al., Paramagnetism of cobalt-doped ZnO nanoparticles obtained by microwave solvothermal synthesis. Beilstein J. Nanotechnol. 6, 1957–1969 (2015)
J. Wojnarowicz, R. Mukhovskyi, E. Pietrzykowska, S. Kusnieruk, J. Mizeracki, W. Lojkowski, Microwave solvothermal synthesis and characterization of manganese-doped ZnO nanoparticles. Beilstein J. Nanotechnol. 7, 721–732 (2016)
D. Neena, A.H. Shah, K. Deshmukh, H. Ahmad, D.J. Fu, K.K. Kondamareddy, P. Kumar, R.K. Dwivedi, V. Sing, Influence of (Co-Mn) co-doping on the microstructures, optical properties of sol-gel derived ZnO nanoparticles. Eur. Phys. J. D 70, 53 (2016)
S.S. Abdullahi, Y. Köseog, S. Güner, S. Kazan, B. Kocaman, C.E. Ndikilar, Synthesis and characterization of Mn and Co codopedZnO nanoparticles. SuperlatticesMicrostruct. 83, 342–352 (2015)
M.W. Barsoum, Fundamentals of Ceramics (Taylor & Francis Group, New York, NY, USA, 2002)
P. Bindu, S. Thomas, J. Theor. Appl. Phys. 8, 123 (2014). https://doi.org/10.1007/s40094-014-0141-9
M.S. Niasari, F. Davar, M. Mazaheri, Preparation of ZnO nanoparticles from [bis (acetylacetonato) zinc (II)]–oleylamine complex by thermal decomposition. Maters. Lett. 62, 1890–1892 (2008)
T. Ungar, Characterization of nanocrystalline materials by x-ray line profile analysis. J. Mater. Sci. 42, 1584–1593 (2007)
F.R. Sale, F. Mahloojchi, Ceram. Int. 14, 229 (1988)
R. Yanru, L. Hanpeng, L. Mingzhu, T. Qingyun, S. Lihua, L. Zhenjin, M. Xianren, Physica 156(5), 799 (1988)
J. Hwang, T. Timusk, G.D. Gu, Nature 427, 714 (2004)
M. Norman, Nature 427, 692 (2004)
H. Kumar, R. Rani, Int. Lett. Chem. Phys. Astron. 14, 26 (2013)
W.R.W. Abdullah, A. Zakaria, M.S.M. Ghazali, Int. J. Mol. Sci. 13, 5278 (2012)
Q. Shen, T. Toyoda, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 511 (2000)
Q. Shen, T. Toyoda, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 3146 (2000)
S. Abdalla, K. Easawi, T.A. El-Brolossy, G.M. Yossef, S. Negm, H. Talaat, Rev. Sci. Instrum. 74(1), 848 (2003)
T.A. El-Brolossy, S. Abdalla, O.E. Hassanein, S. Negm, H. Talaat, J. Phys. IV France 125, 685 (2005)
A. Sedky, S.A. Amin, M. Mohamed, Appl. Phys. A 125, 308 (2019)
A. Sedky, Braz. J. Phys. 44(4), 305 (2014)
L. Chow, O. Lupan, G. Chai, H. Khallaf, L.K. Ono, B. Roldan Cueny, I.M. Tiginyanu, V.V. Ursaki, V. Sontea, A. Schulte, Sens. Actuat A Phys. 189, 399 (2013)
K.S. Shankar, S. Kar, G.N. Subbanna, A.K. Raychaudhuri, Sol. State Commun. 129, 479 (2004)
Ü. Özgür, A. Ya, I. Alivov, C. Liu, A. Teke, A. ReshchikovM, S. Doğan, V. AvrutinC, S.J. Cho, H. Morkoçd, J. Appl. Phys. 98, 041301 (2005)
A. Sedky, S.B. Mohamed, Mater. Sci.-Pol. 32(1), 16 (2014)
S. Aksoy, Y. Caglar, S. Ilican, M. Caglar, Chem. Eng. Civ. Eng. Mech. Eng. 227, (2010)
U. Seetawan, S. Jugsujinda, T. Seetawan, A. Ratchasin, C. Euvananont, C. Junin, C. Thanachayanont, P. Chainaronk, Mater. Sci. Appl. 2, 1302 (2011)
J. Wojnarowicz, T. Chudoba, S. Gierlotka, K. Sobczak, W. Lojkowski, Curr. Comput. Aided Drug Des. 8, 179 (2018)
S. Kusnieruk, S. Wojnarowicz, A. Chodara, T. Chudoba, S. Gierlotka, W. Lojkowski, J. Beilstein, Nanotechnol. 7, 1586–1601 (2016)
M.A. Aksan, M.E. Yakinci, J. Alloy Compd. 433, 22 (2007)
A. Sedky, Adv. Mater. Sci. Eng. 2, 1 (2018)
F.K. Shan, Z.F. Liu, G.X. Liu, W.J. Lee, G.H. Lee, I.S. Kim, J. Electroceram. 13, 195 (2004)
X. Li, X. Cao, L. Xu, L. Liu, Y. Wang, C. Meng, Z. Wang, J. Alloys Compd. 675, 90 (2016)
A. Sedky, A.M. Ali, M. Mohamed, Opt. Quantum Electron. 52(1), 1–21 (2020)
W. Muhammad, N. Ullah, M. Haroona, B.H. Abbas, RSC Adv. 9, 29541 (2019)
T. Srinivasulu, K. Saritha, K.T. Ramakrishna Reddy, Modern Electron. Mater. 3(2), 76–851 (2017)
K. Raja, P.S. Ramesh, D. Geetha, Structural, FTIR and photoluminescence studies of Fe doped ZnOnanopowder by co-precipitation method. Spectrochem. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 131, 183–188 (2014)
M. Huleihel, A. Salman, V. Erukhimovitch, J. Ramesh, Z. Hammody, S. Mordechai, J. Biochem. Biophys. Methods 50, 111–121 (2002)
H. Fabian, M. Jackson, L. Murphy, P.H. Watson, I. Fichtner, H.H. Mantsch, Biospectroscopy 1, 37–45 (1995)
B.R. Wood, M.A. Quinn, B. Tait, M. Ashdown, T. Hislop, M. Romeo, D. McNaughton, Biospectroscopy 4, 75–91 (1998)
M.M. Ba-Abbad, A.A.H. Kadhum, A.B. Mohamad, M.S. Takriffand, K. Sopian, The effect of process parameters on the size of ZnO nanoparticles synthesized via the sol–gel technique. J. Alloy. Compd. 550, 63–70 (2013)
J. Santhoshkumar, S.V. Kumar, S. Rajeshkumar, Resour. Effic. Technol. 3, 459–465 (2017)
A. Sanmugam, D. Vikraman, S. Venkatesan, H.J. Park (2017) J. Nanomater. Article ID 7536364, (1–8).
P. Mitra, S. Mondal, Structural and morphological characterization of ZnO thin films synthesized by successive ion layer adsorption and reaction. Prog. Theor. Appl. Phys. 1, 17–31 (2013)
S.A. Mazen, H.M. Zaki, S.F. Mansour, Int. J. Pure Appl. Phys. 3, 40 (2007)
D. El-Said Bakeer, Appl. Phys. A 126, 443 (2020). https://doi.org/10.1007/s00339-020-03625-z
A.V. Anupama, V. Rathod, V.M. Jali, B. Sahoo, J. Alloys Compd. 728, 1091 (2017)
K.B. Modi, P.Y. Raval, S.J. Shah, Inorg. Chem. 54, 1543 (2015)
M. Chaari, A. Matoussi, Z. Fakhfakh, Mater. Sci. Appl. 2, 76 (2011)
T.P. Rao, M.C.S. Kumar, A. Safarullaa, V. Ganesan, S.R. Barman, C. Sanjeeviraja, Phys. B 405(9), 2226 (2010)
H.C. Ong, A.X.E. Zhu, G.T. Du, Appl. Phys. Lett. 80, 941 (2002)
C. Wang, P. Zhang, J. Yue, Y. Zhang, L. Zheng, Phys. B 403, 2235 (2008)
D.I. Rusu, G.G. Rusu, D. Luca, Acta Phys. Pol. A 119(6), 850 (2011)
M. Mukhtar, L. Munisa, R. Saleh, Mater. Sci. Appl. 3, 543 (2012)
N. Srinivasan, J.C. Kannan, Mater. Sci. Pol. 33, 205 (2015)
K.B. Modi, J.D. Gajera, M.P. Pandya, H.G. Vora, H.H. Joshi, Pramana 62, 1173 (2004)
S.M. Patange, S.E. Shirsath, S.P. Jadhav, J. Mol. Struct. 1038, 40 (2013)
B. Rajesh Babu, T. Tatarchuk, Mater. Chem. Phys. 207, 534 (2018)
S.M. Patange, S.E. Shirsath, K.S. Lohar, S.G. Algude, S.R. Kamble, N. Kulkarni, D.R. Mane, K.M. Jadhav, J. Magn. Magn. Mater. 325, 107 (2013)
N. Varalaxmi, K.V. Sivakumar, Ind. J. Appl. Res. 4, 537 (2014)
A. Sedky, A. Ali, H.H. Somaily, H. Algarni, Opt. Quantum Electron. 55(243), 1–21 (2021)
A.A. Othman, M.A. Othman, E.M.M. Ibrahim, M.A. Ali, Ceram. Int. 43, 527 (2017)
H.M. Ali, H.A. Mohamed, S.H. Mohamed, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 31, 87 (2005)
R.A. Ismail, A.K. Ali, M.M. Ismail, K.I. Hassoon, ApplNanosci 1, 45–49 (2011)
S.J. Darzi, A.R. Mahjoub, A. Nilehi, Phys. E Low-Dimens. Syst. Nanostruct. 42(1), 76 (2009)
A. El-Denglawey, J. Lumin. 194, 381 (2018)
J. Yu, X. Zhao, Q. Zhao, Mater. Chem. Phys. 69, 25 (2001)
S. Sagadevan, K. Pal, Z.Z. Chowdhury, M.E. Hoque, J. Sol-Gel Sci. Technol. 83, 394–404 (2017)
H. Abdel-Khalek, E. Shalaan, M. Abd- El Salam, A.M. El-Sagheer, A.M. El-Mahalawy, J. Mol. Struct. 1178, 408 (2019)
H.M. Zeyada, M.M. EL-Nahass, I.S. El-Ashmawi, A.A. Habashi, Curr. Appl. Phys. 13(9), 19601 (2013)
T.K. Kundu, N. K., P. Barik and S. Saha, Int. J. Soft Comput. Eng. (IJSCE). ISSN: 2231-2307, volume 1, issue NCRAMT2011 (2011).
C.P. Lin, H. Chen, A. Nakaruk, P. Koshy, C.C. Sorrell, Energy Pro. 34, 627 (2013)
H.M. Ali, A.M.A. Hakeem, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 72, 10301 (2015)
A. El-Denglawey, Non-Cryst. Solids 357, 1757 (2011)
E.R. Shaaban, M.M. Soraya, M. Shapaan, H. Shokry Hassan, M.M. Samar, J. Alloy Compd. 693, 1052 (2017)
A.A. Zaki, A.A. El-Amin, Opt. Laser Technol. 97, 71 (2017)
G. Patwari, P.K. Kalita, R. Singha, Mater. Sci. Pol. 34(1), 69–78 (2016). https://doi.org/10.1515/msp-2016-0030
S.S. Abdullahi, Y. Köseoğlu, S. Güner, S. Kazan, B. Kocaman, C.E. Ndikilar, Superlattices Microstruct. 83, 342–352 (2015)
Y. Bu, Z. Chen, J. Power Sources 272, 647 (2014)
Y. Hong, J. Li, H. Bai et al., Effect of octahedron tilt on the structure and magnetic properties of bismuth ferrite. J. Adv. Ceram. 9, 641–646 (2020). https://doi.org/10.1007/s40145-020-0398-1
K. Beppu, Y. Hirai, T. Kato, S. Ishizuka, T. Ina, T. Wada, Appl. Phys. Lett. 117, 043901 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0013375
H. Cao, P. Lu, N. Cai, X. Zhang, Z. Yu, T. Gao, S. Wang, J. Magn. Magn. Mater. 352, 66–71 (2014)
D. Sharma, R. Jha, Transition metal (Co, Mn) co-doped ZnO nanoparticles: effect on structural and optical properties. J. Alloys Compd. 698, 532–538 (2017)
J. Li, Xu. Tongtong, L. Liu, Y. Hong, Z. Song, H. Bai, Z. Zhou, Microstructure, magnetic and low-frequency microwave absorption properties of doped Co–Ti hexagonal barium ferrite nanoparticles. Ceram. Int. 47(13), 19247–19253 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.191
H. Bai, J. Li, Y. Hong, Z. Zhou, J. Adv. Ceram. 9(4), 511–516 (2020). https://doi.org/10.1007/s40145-020-0384-7