Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát quang tử ngoại của các hạt vi β-Ga2O3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt
Tóm tắt
Mẫu β-Ga2O3 dạng đơn tinh thể với cấu trúc đơn nghiêng được chuẩn bị bằng phương pháp thủy nhiệt. Việc sản xuất sản phẩm β-Ga2O3 tinh khiết về pha với độ kết tinh cao đã được chứng minh qua phân tích nhiễu xạ X-ray. Hình ảnh từ kính hiển vi điện tử quét cho thấy các hạt vi β-Ga2O3 có hình dạng như chính giữa với cấu trúc lớp. Nhiều nano lỗ xuất hiện trên bề mặt của các mẫu β-Ga2O3, được hình thành do quá trình khử hydroxyl của tiền chất GaOOH qua sự chuyển pha hai pha diễn ra trong quá trình nung. Phổ Raman của các mẫu β-Ga2O3 cho thấy 11 đỉnh dao động hoạt động, bao gồm các chế độ dao động và dịch chuyển của chuỗi GaO4–GaO6, chế độ dao động uốn của GaO6 hình lập phương đều, và chế độ duỗi của GaO4 hình tứ diện đều, cũng như chế độ dao động uốn của nó. Quang phổ hồng ngoại cho thấy một đỉnh tại 466,7 cm−1, tương ứng với dao động co bóp của liên kết Ga–O trong hình lập phương GaO6 đều, và một đỉnh tại 674,9 cm−1, tương ứng với dao động co bóp của liên kết Ga–O trong hình tứ diện GaO4 đều. Đỉnh phát xạ tử ngoại tại 398 nm trong phổ phát quang là do sự tái kết hợp của các điện tích mang điện dương được hình thành do khuyết tật oxi và điện tích mang điện âm được hình thành bởi khuyết tật gallium hoặc cặp khuyết tật gallium–oxi. Một đỉnh phát xạ tử ngoại yếu cũng được quan sát thấy tại 275 nm. Cơ chế tăng trưởng của các sản phẩm β-Ga2O3 đã được phân tích cẩn thận và cho thấy chủ yếu được kiểm soát bởi cơ chế chín Ostwald.
Từ khóa
#β-Ga2O3 #phương pháp thủy nhiệt #phát quang tử ngoại #phân tích Raman #quang phổ hồng ngoạiTài liệu tham khảo
Q. Shi, Q.R. Wang, D. Zhang, Q.L. Wang, S.H. Li, W.J. Wang, Q.L. Fan, J.Y. Zhang, Structural, optical and photoluminescence properties of Ga2O3 thin films deposited by vacuum thermal evaporation. J. Lumin. 206, 53–58 (2019)
J.H. Park, R. Mcclintock, D. Pavlidis, F.H. Teherani, M. Razeghi, A review of the growth, doping & applications of β-Ga2O3 thin films. SPIE OPTO. 10533, 105330R (2018)
D. Zhang, W. Zheng, R.C. Lin, High quality β-Ga2O3 film grown with N2O for high sensitivity solar-blind-ultraviolet photodetector with fast response speed. J. Alloy. Compd. 735, 150–154 (2018)
W.Y. Weng, T.J. Hsueh, S.J. Chang, G.J. Huang, S.C. Hung, Growth of Ga2O3 nanowires and the fabrication of solar-blind photodetector. IEEE Trans. Nanotechnol. 10(5), 1047–1052 (2011)
Z.G. Ji, J. Du, J. Fan, W. Wang, Gallium oxide films for filter and solar-blind UV detector. Opt. Mater. 28(4), 415–417 (2006)
M. Jedrzejczyk, K. Zbudniewek, J. Rynkowski, V. Keller, J. Grams, A.M. Ruppert et al., Wide band gap Ga2O3 as efficient UV-C photocatalyst for gas-phase degradation applications. Environ. Sci. Pollut. Res. 24(34), 26792–26805 (2017)
R. Pang, K. Teramura, H. Tatsumi et al., Modification of Ga2O3 by an Ag-Cr core-shell cocatalyst enhances photocatalytic CO evolution for the conversion of CO2 by H2O. Chem. Commun. 54(9), 1053–1056 (2017)
X.J. Huang, Y.J. Du, Z.J. Zhang, Research progress of the preparation of gallium oxide photocatalyst and its application in water treatment. Appl. Chem. Ind. 47(08), 1715–1718 (2018)
T. Minami, T. Shirai, T. Nakatani, T. Miyata et al., Electroluminescent devices with Ga2O3: Mn thin-film emitting layer prepared by sol-gel process. Jpn. J. Appl. Phys. 39(6A), L524–L526 (2000)
M. Fleischer, H. Meixner, Gallium oxide thin films: a new material for high-temperature oxygen sensors. Sens. Actu. B Chem. 4(3–4), 437–441 (1991)
R. Pilliadugula, N.G. Krishnan, Gas sensing performance of GaOOH and β-Ga2O3 synthesized by hydrothermal method: a comparison. Mater. Res. Express 6(2), 025–027 (2018)
B. Zhao, F. Wang, H. Chen, L. Zheng, L. Su, D. Zhao et al., An ultrahigh responsivity (9.7 mA W−1) self-powered solar-blind photodetector based on individual ZnO-Ga2O3 Heterostructures. Adv. Funct. Mater. 27(17), 1700264 (2017)
F. Shi, X. Wei, Synthesis and characterization of β-Ga2O3 nanorod array clumps by chemical vapor deposition. J. Nanosci. Nanotechnol. 12(11), 8481–8486 (2012)
M. Muruganandham, R. Amutha, M.S.M.A. Wahed, B. Ahmmad, Y. Kuroda, R.P.S. Suri et al., Controlled fabrication of α-GaOOH and α-Ga2O3 self-assembly and its superior photocatalytic activity. J. Phys. Chem. C 116(1), 44–53 (2012)
Y. Quan, D. Fang, X. Zhang, S. Liu, K. Huang, Synthesis and characterization of gallium oxide nanowires via a hydrothermal method. Mater. Chem. Phys. 121(1–2), 142–146 (2010)
G. Hector, E. Appert, E. Sarigiannidou, E. Matheret, H. Roussel, C.-P. Odette, C. Vincent, Chemical synthesis of β-Ga2O3 microrods on silicon and its dependence on the gallium nitrate concentration. Inorg. Chem. 59(21), 15696–15706 (2020)
X.F. Li, X. Ding, Y.H. Du, C. Xiao, K. Zheng, X.L. Liu, X.Y. Tian, X. Zhang, Controlled transformation of liquid metal microspheres in aqueous solution triggered by growth of GaOOH. ACS Omega 7(9), 7912–7919 (2022)
W.T. Adams, A. Ivanisevic, Nanostructured oxides containing Ga: materials with unique properties for aqueous-based applications. ACS Omega 4(4), 6876–6882 (2019)
J.Q. Lv, Z.K. Cao, Y.Y. Wang et al., Crystal structures and microwave dielectric properties of Sr2MgWO6 ceramics at different sintering temperatures. J. Materiom. 8(1), 79–87 (2022)
Y.Y. Wang, J.Q. Lv et al., Lattice vibrational characteristics, crystal structure and dielectric properties of Ba2MgWO6 microwave dielectric ceramic. Ceram. Int. 12, 17784–17788 (2017)
X.Y. Wang, T. Liu, Z.K. Cao et al., Lattice vibrational characteristics and structure-property relationships of Ca(Mg1/2W1/2)O3 microwave dielectric ceramics with different sintering temperatures. Ceram. Int. 48(1), 1415–1422 (2022)
Y.F. Peng, J.Z. Li, E.C. Xiao et al., Lattice vibrational characteristics, dielectric properties and structure-property relationships of (1–x)SrWO4-xTiO2 composite ceramics. Mater. Chem. Phys. 258(15), 123889 (2021)
J.J. Shan, C.H. Li, J.M. Wu, J.A. Liu, Y.S. Shi, Shape-controlled synthesis of monodispersed beta-gallium oxide crystals by a simple precipitation technique. Ceram. Int. 43(8), 6430–6436 (2017)
D. Dohy, G. Lucazeau, Valence force field and raman spectra of β-Ga2O3. J. Mol. Struct. 79, 419–422 (1982)
J.G. Zhao, W.Y. Zhang, Z.J. Liu, E.-Q. Xie, Structure and photoluminescence properties of Tb-doped β-Ga2O3 nanofibers. Mater. Guide 24(18), 32–34 (2010)
R. Rao, A.M. Rao, B. Xu, J. Dong, S. Sharma, M.K. Sunkara, Blueshifted Raman scattering and its correlation with the [110] growth direction in gallium oxide nanowires. J. Appl. Phys. 98(9), 094312 (2005)
J.Y. Wei, Z.J. Zang, F. Shi, Synthesis, characterization and growth mechanism of β-Ga2O3 nano- and micrometer particles by catalyzed chemical vapor deposition. J. Mater. Sci. 26(10), 7731–7736 (2015)
H. Ching-Hwa, T. Chiao-Yeh, T. Li-Chia, Thermoreflectance characterization of β-Ga2O3 thin-film nanostrips. Opt. Express 18(16), 16360–16369 (2010)
J.B. Varley, J.R. Weber, A. Janotti, C.G. Van de Walle, Oxygen vacancies and donor impurities in β-Ga2O3. Appl. Phys. Lett. 97, 142106 (2010)
Kumar, M., Kumar S., Kumar V., Singh R., Growth, properties, and applications of β-Ga2O3 nanostructures. In: Gallium Oxide (Elsevier, Amsterdam, 2019), pp. 91–115.
S. Krehula, M. Ristic, S. Kubuki, Y. Iida, M. Fabián, S. Music, The formation and microstructural properties of uniform α-GaOOH particles and their calcination products. J. Alloys Compd. 620, 217–227 (2015)
H.S. Qian, P. Gunawan, Y.X. Zhang, G.F. Lin, R. Xu, Template-free synthesis of highly uniform α-GaOOH spindles and conversion to α-Ga2O3 and β-Ga2O3. Crystal Growth Design 8(4), 1282–1287 (2009)
C.C. Huang, C.S. Yeh, C.J. Ho, Laser ablation synthesis of spindle-like gallium oxide hydroxide nanoparticles with the presence of cationic cetyltrimethylammonium bromide. J. Phys. Chem. B 108(16), 4940–4945 (2004)
Y.N. Zheng, M.H. Fan, K.Q. Li, R. Zhang, X.F. Li, L. Zhang, Z.A. Qiao, Ultraviolet-induced Ostwald ripening strategy towards a mesoporous Ga2O3/GaOOH heterojunction composite with a controllable structure for enhanced photocatalytic hydrogen evolution. Catal. Sci. Technol. 10(9), 2882–2892 (2020)