Name: synthesis of hierarchical zno/cdsse heterostructure nanotrees
Uploaded: 2016-11-29T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 50 s
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Die Autoren danken Svilen Bobev für seine Hilfe bei der XRD-Spektren und K. Booksh für die Unterstützung bei der Sputter-Coater Ausrüstung.

1. Synthese von Baumartige ZnO / CdSSe Nanostrukturen <ol><li> Die Vorbehandlung und Goldbeschichtung von Saphir - Substraten HINWEIS: Der Goldfilm wirkt als Katalysator für das Wachstum der ZnO-Nanodrähten. <ol><li> Saubere Saphir Dias (a-Ebene, 10 × 10 × 1 mm) in 99,5% Ethanol mit 5 min Beschallung des Substrats für Au-Sputtern herzustellen. </li><li> Kaution eine 10-nm (± 2 nm) dicken Goldfilm auf dem Saphirträger mit einem Sputter-Coater und Gold-Ziel. </li></ol></li><li> Synthese von ZnO-Nanodrähten HINWEIS: Die Beschallungsschritt 1.2.2 Ergebnisse in einer homogenen ZnO und Kohlenstoff (ZnO / C) -Mischung. Nach dem Mischen, ändert sich die Mischung auf eine graue Farbe. Der Verdichtungsschritt 1.2.3 gewährleistet, dass keine Luft in der Mischung vorhanden ist, und dass die ZnO und Kohlenstoff sind in engem Kontakt. Nach CVD sollte ein weißer Film aus ZnO-Nanodrähten auf dem Substrat abgeschieden werden, nach unten in Richtung des Bootes zeigt. <ol><li> Mischen Sie 1 g ZnO-Nanopulver und activATED Kohlenstoff (Massenanteil von 50:50) in 10 ml 99,5% Ethanol und gut umrühren mit einem Spatel. </li><li> Beschallen die Mischung in einem Wasserbad bei 20 ºC für 30 min und dann bei 80 ºC für ca. 5 h in einem Ofen trocknen. </li><li> Legen Sie das ZnO / C-Mischung in einem Aluminiumoxid-Boot und kompakt, dass es gut mit einem Spatel. </li><li> Legen Sie die goldbeschichteten Saphir gleitet oben auf dem Aluminiumoxid-Boot, mit der goldbeschichteten Seite nach unten. Legen Sie das Aluminiumoxid Boot in der Mitte des Quarzrohr in einem horizontalen Rohrofen. </li><li> Spülen des Quarzrohr für 1 h mit Ar mit einer Strömungsrate von 40 sccm bei Raumtemperatur (RT). Erhöhen Sie die Temperatur im Bereich von RT bis 900 ° C mit einer Geschwindigkeit von 80 ºC / min und halten Sie die Argonflussrate konstant. </li><li> Halten Sie die Temperatur auf 900 ºC für 2 Stunden. Öffnen des Quarzrohres an beiden Enden durch den Gummistopfen Gaseinlässe Entfernen und lassen Luft in die Röhre eintreten Sauerstoff für die Reaktion bereitzustellen. </li><li> Halten Sie die Reaktionstemperatur bei 900 ºC für 3 Stunden mit dem rubber Stopfen entfernt. Abkühlen auf RT mit einer Geschwindigkeit von 10 ºC / min. </li><li> Nehmen Sie das Boot und die Folie aus dem Ofen. </li></ol></li><li> Die Ablagerung von CdSSe Zweige auf ZnO - Nanodrähte HINWEIS: Das Schiffchen aus Aluminiumoxid von CdS / Se wurde in der Mitte der Quarzröhre angezeigt. Die hergestellten ZnO-Nanodrähte wurden nach oben gerichtet und waren 10 cm hinter dem Boot. Nach diesem zweiten CVD, ein orange / gelb-Film, der die ZnO / CdSSe Nanostruktur ist, sollte auf der Folie aufgebracht werden. <ol><li> Mischen 0,5 g CdS und CdSe (CdS / Se) Pulver gut (Massenanteil von 50:50) und legen Sie die Mischung in einem Aluminiumoxid-Boot. Komprimieren Sie die Mischung gut. </li><li> Legen Sie das Schiffchen aus Aluminiumoxid von CdS / Se und der zuvor hergestellten ZnO-Nanodraht Probe in dem Quarzrohr. </li><li> Spülen des Rohres mit Ar mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 40 sccm bei RT für 1 Std. Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 820 ºC mit einer Geschwindigkeit von 80 ºC / min. Halten Sie die Temperatur bei 820 ° C für 30 min. </li><li> Abkühlen auf RT aufeine Rate von 10 ºC / min. Nehmen Sie das Boot und die Folie aus dem Ofen. </li></ol></li><li> Synthese von Kontrollproben: ZnO und CdSSe Nanodrähte <ol><li> Synthesize ZnO-Nanodrähte, wie in Abschnitt 1.2 unter den gleichen Versuchsbedingungen. </li><li> Synthetisieren CdSSe Nanodrähte, wie in Abschnitt 1.3, unter den gleichen Versuchsbedingungen mit der gleichen Menge an CdS und CdSe Zusammensetzung, aber mit einem sauberen, goldbeschichteten Saphir Folie als Substrat anstelle des ZnO dampfte Folie. </li></ol></li></ol> 2. Morphologische und kristallographischen Charakterisierung <ol><li> Montieren Sie die Probe auf der SEM-Stufe mit einer Klammer und legen Sie die Probe in der Vakuumkammer des SEM Instruments. Nehmen Sie REM - Bilder auf hochauflösenden Modus mit einem Arbeitsabstand von 12,0 mm bei einer Spannung von 3 kV und einer Vergrößerung zwischen 3,000X und 10.000fach 11,12. </li><li> Nehmen EDS-Daten mit der gleichen Probe unter Verwendung des Röntgendetektors bei der gleichen Arbeitsabstand von12,0 mm. Stellen Sie das Instrument den Analysemodus und Einstellen der Spannung auf 20 kV, was zu einem Strom von 20 bis 40 &amp; mgr; A 13. </li><li> Sammeln XRD - Spektren wurden auf einem Röntgenpulver - Diffraktometer mit gefilterter Cu Ka - Strahlung (λ = 1,5418 Å) 11,12. </li></ol> 3. PL Emissionsspektroskopie und zeitaufgelöste PL Lebensdauermessungen HINWEIS: PL-Spektren und zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung (TCSPC) Messungen bei RT wurden unter Verwendung eines verstärkten Ti durchgeführt: Saphir-Oszillator nach Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG), einen Zug von 50 fsec Impulsen bei einer Wellenlänge von 400 nm zentriert ist und mit einer Ausgangsleistung von 1,76 mW 14. <ol><li> Fixieren der Probe in einen Probenhalter, der die Probe Gesichtspositionen bis zu dem Laser und zum Detektor. Ausrichten des Lasers auf die Probe zu fokussieren. Messung der PL-Emissionsspektren der Proben von 500 nm bis 900-nm-Wellenlängen ein Faserspektrometer. </li><li> Verwenden Sie ein Einzelphotonendetektor (avalanche Fotodiode oder Fotozelle) zeitaufgelöste PL Lebensdauer mit einem Farbglasfilter und einem 500- oder 650-nm-Interferenzbandfilter zu messen. </li><li> Insert ZnO, CdSSe oder ZnO / CdSSe gleitet in den Probenhalter. Messen Sie die reine ZnO-Nanodrähte mit dem 500-nm-Bandpassfilter und den CdSSe oder ZnO / CdSSe Proben mit einem 650-nm-Bandfilter. </li><li> Verwenden Sie eine zeitkorrelierte Einzelphotonenzähler oder einen schnellen Oszilloskop die zeitaufgelöste Fluoreszenzzerfallslebensdauern zu messen. </li></ol>

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C., Gundlach, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Z-scheme+charge+separation+in+novel+vertically+aligned+ZnO/CdSSe+nanotrees.">Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees.</a> Nanotechnology. 27 (13), 135401 (2016).</li></ol>

Daten und Fakten in diesem Artikel sind aus der Literatur in der Nanotechnologie von Li zitiert et al. 17.

Die vertikale Ausrichtung der ZnO-Nanodrähte (Stämme) auf epitaxiales Wachstum auf dem Substrat basiert. ZnO - Nanodrähte wachsen vorzugsweise entlang der &lt;0001&gt; Richtung , die 12 mit der Periodizität der a-Ebene von Saphir passt. Daher sind die Art und die Qualität des Substrats sehr wichtig. Unterschiedliche Dicken der Goldbeschichtung auf dem Substrat, von 5 nm bis 20 nm, wurden getestet und zeigten keinen signifikanten Unterschied im Wachstum der ZnO-Nanodrähten. Die Länge der ZnO-Nanodrähte...

ZnO ist ein II-VI - Halbleiter mit einer Bandlücke (BG) von 3,3 eV mit einer hohen Elektronenbeweglichkeit und eine große Exzitonenbindungsenergie 1,2. Es ist ein reichlich vorhandenes Halbleitermaterial mit einer Vielzahl von gegenwärtigen und zukünftigen Anwendungen in der optischen Geräte, Solarzellen und Photokatalyse. Allerdings ist ZnO transparent, die im sichtbaren Spektralbereich ihrer Anwendung begrenzt. Daher Materialien für sichtbares Licht, beispielsweise mit schmalem Bandabstand - Halbleiter 3, Farbstoffmoleküle 4 und lichtempfindliche Polymere 5 haben für sensibilisierende ZnO für sichtbares Licht absorbierende eingesetzt Absorption häufig worden. CdS (BG 2.43 eV) und CdSe (BG 1.76 eV) sind gemeinsame Schmal Lücke Halbleiter II-VI und intensiv untersucht worden. Die BG und Gitterparameter der ternären Legierung CdSSe durch Variation der Molverhältnisse der Komponenten VI 6,7 eingestellt werden. ZnO / CdSSe Nanokomposite wurden in effizienter photov führen berichtetoltaic Energieumwandlung 8,9. Mit dem verbesserten sichtbaren Lichtabsorption der CdSSe Zweige führte zu einer effizienten Elektronentransfer zwischen dem Stamm und Zweige 9,10 effiziente Elektronentransportweges vertikal ausgerichteter ZnO - Nanodrähten auf einem Substrat zu verbinden. So synthetisierten wir einen neuen Baum-wie ZnO / CdSSe Nanostruktur, in der vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte mit CdSSe Zweigen verziert sind. Dieser Verbundwerkstoff kann für neuartige Solarenergieumwandlungsvorrichtungen als Baustein handeln. Dieses Protokoll beschreibt , wie ZnO - Nanodraht - Arrays auf einem Saphirsubstrat durch einstufige chemische Dampfabscheidung (CVD) von ZnO und C Pulver gezüchtet werden, nach einem Verfahren , das vorher 11 veröffentlicht. Nach dem Wachstum von ZnO-Nanodrähten wird ein zweiter Schritt der CVD eingesetzt CdSSe Zweige auf der ZnO-Nanodrähte zu wachsen. Wir beschäftigen Röntgenpulverbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), undEnergiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) zur Messung der Kristallstruktur, Morphologie und Zusammensetzung der ZnO / CdSSe nanotrees (NTs). Die optischen Eigenschaften und die Ladungsträgertransfermechanismus zwischen den Zweigen und Stamm wurden von Photolumineszenz (PL) -Spektroskopie und zeitaufgelöste PL Lebensdauermessungen untersucht.

<table><tbody><tr><td>ZnO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1314-13-2</td><td></td></tr><tr><td>Activated Carbon</td><td>Alfa</td><td>231-153-3</td><td></td></tr><tr><td>CdSe</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1306-24-7</td><td></td></tr><tr><td>CdS</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1306-23-6</td><td></td></tr><tr><td>Sapphire</td><td>MTI</td><td>2SP</td><td>a-plane, 10 &amp;times; 10 &amp;times; 1 mm</td></tr><tr><td>Furnace</td><td>Lindberg Blue M</td><td>SSP</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>Hitachi</td><td>S5700</td><td>assembled with an Oxford Inca X-act detector</td></tr><tr><td>X-ray powder diffractometer</td><td>Rigaku</td><td>MiniFlex</td><td>filtered Cu K&amp;alpha; radiation (&amp;lambda;=1.5418&amp;nbsp;&amp;Aring;)</td></tr><tr><td>Amplified Ti:sapphire oscillator</td><td>Coherent Mantis</td><td>Coherent Legend-Elite</td><td></td></tr><tr><td>Single photon detection module</td><td>ID Quantique</td><td>ID-100</td><td></td></tr><tr><td>Sputter coater</td><td>Cressington</td><td>308</td><td>assembled with gold target</td></tr><tr><td>Fiber probe spectrometer</td><td>Photon Control</td><td>SPM-002</td><td></td></tr><tr><td>Colored Glass Filter</td><td>Thorlabs</td><td>FGB37-A - &amp;Oslash;25 mm BG40</td><td>AR Coated: 350 - 700&amp;nbsp;nm</td></tr><tr><td>Compressed argon gas</td><td>Keen</td><td>7440-37-1</td><td></td></tr></tbody></table>

synthesis of hierarchical zno/cdsse heterostructure nanotrees

Ein zweistufiger chemical vapor deposition Verfahren wird hier verwendet baumartige hierarchische ZnO / CdSSe hetero-Nanostrukturen herzustellen. Die Strukturen bestehen aus CdSSe Zweige auf ZnO-Nanodrähte gewachsen, die vertikal auf einem transparenten Saphirsubstrat ausgerichtet sind. Die Morphologie wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie gemessen. Die Kristallstruktur wurde durch Röntgenpulverbeugungsanalyse bestimmt. Sowohl die ZnO-Stamm und CdSSe Zweige haben eine überwiegend Wurtzit-Kristallstruktur. Das Molverhältnis von S und Se in den Zweigen CdSSe wurde durch energiedispersive Röntgenspektroskopie gemessen. Die CdSSe Zweige bewirken starke Absorption sichtbaren Lichts. Photolumineszenz (PL) Spektroskopie zeigte, dass der Stamm und Ästen eine Typ-II-Heteroübergang bilden. PL Lebensdauermessungen zeigten eine Abnahme in der Lebensdauer der Emission von den Bäumen, wenn der Emission von einzelnen ZnO verglichen Stielen oder CdSSe Zweigen und zeigen schnelle Ladungsübertragung zwischen CdSSe und ZnO. Der Vertinisch ausgerichteten ZnO ergibt sich ein direkter Elektronentransportweges auf das Substrat liefern und für eine effiziente Ladungstrennung nach Anregung durch Licht durch sichtbares Licht zu ermöglichen. Die Kombination der oben genannten Eigenschaften macht ZnO / CdSSe nanotrees aussichtsreiche Kandidaten für Anwendungen in Solarzellen, Photokatalyse und opto-elektronischen Vorrichtungen.

Abbildung 1 zeigt den Wachstumsmechanismus von ZnO / CdSSe NTs. Das Verfahren involviert eine katalytische Dampf-Flüssigkeit-Feststoff (VLS) Verfahren durch eine nicht-katalytische Dampffeststoff (VS) Wachstum gefolgt. Im ersten Schritt VLS, ZnO und C reagieren, in die Atmosphäre Ar, was zu metallischem Zn und Kohlenoxid. Zn wird anschließend in dem Gold-Vorläufer auf dem Saphirsubstrat gelöst. ZnO-Nanodrähte wachsen aus dem gelösten Zn und Restsauerstoff. Im zwei...

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Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

Hier bereiten wir und zu charakterisieren neuartige baumartige hierarchische ZnO / CdSSe Nanostrukturen, wo CdSSe Zweige auf vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte wachsen. Die resultierenden nanotrees sind ein potentielles Material für die Umwandlung von Solarenergie und andere optoelektronische Geräte.

Synthese von Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostruktur Nanotrees

A two-step chemical vapor deposition procedure is here employed to prepare tree-like hierarchical ZnO/CdSSe hetero-nanostructures. The structures are ...

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10.0K Aufrufe.  University of Delaware.  Hier bereiten wir und zu charakterisieren neuartige baumartige hierarchische ZnO / CdSSe Nanostrukturen, wo CdSSe Zweige auf vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte wachsen. Die resultierenden nanotrees sind ein potentielles Material für die Umwandlung von Solarenergie und andere optoelektronische Geräte. 

Serie: Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials offering a superior control over the spatial distribution of charge carriers across material interfaces. As this study demonstrates, a combination of donor-acceptor nanocrystal (NC) domains in a single nanoparticle can lead to the realization of efficient photocatalytic1-5 materials, while a layered assembly of donor- and acceptor-like nanocrystals films gives rise to photovoltaic materials.
Initially the paper focuses on the synthesis of composite inorganic nanocrystals, comprising linearly stacked ZnSe, CdS, and Pt domains, which jointly promote photoinduced charge separation. These structures are used in aqueous solutions for the photocatalysis of water under solar radiation, resulting in the production of H2 gas. To enhance the photoinduced separation of charges, a nanorod morphology with a linear gradient originating from an intrinsic electric field is used5. The inter-domain energetics are then optimized to drive photogenerated electrons toward the Pt catalytic site while expelling the holes to the surface of ZnSe domains for sacrificial regeneration (via methanol). Here we show that the only efficient way to produce hydrogen is to use electron-donating ligands to passivate the surface states by tuning the energy level alignment at the semiconductor-ligand interface. Stable and efficient reduction of water is allowed by these ligands due to the fact that they fill vacancies in the valence band of the semiconductor domain, preventing energetic holes from degrading it. Specifically, we show that the energy of the hole is transferred to the ligand moiety, leaving the semiconductor domain functional. This enables us to return the entire nanocrystal-ligand system to a functional state, when the ligands are degraded, by simply adding fresh ligands to the system4.
To promote a photovoltaic charge separation, we use a composite two-layer solid of PbS and TiO2 films. In this configuration, photoinduced electrons are injected into TiO2 and are subsequently picked up by an FTO electrode, while holes are channeled to a Au electrode via PbS layer6. To develop the latter we introduce a Semiconductor Matrix Encapsulated Nanocrystal Arrays (SMENA) strategy, which allows bonding PbS NCs into the surrounding matrix of CdS semiconductor. As a result, fabricated solids exhibit excellent thermal stability, attributed to the heteroepitaxial structure of nanocrystal-matrix interfaces, and show compelling light-harvesting performance in prototype solar cells7.

A general strategy for the development of charge-separating semiconductor nanocrystal composites deployable for solar energy production is presented. We show that assembly of donor-acceptor nanocrystal domains in a single nanoparticle geometry gives rise to a photocatalytic function, while bulk-heterojunctions of donor-acceptor nanocrystal films can be used for photovoltaic energy conversion.

Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

Forschung

Ingenieurwesen

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded synthesis strategy is used in which spherical seeds of CdSe are prepared first using a hot-injection technique. By controlling the crystal structure of the seed to be either wurtzite or zinc-blende, the subsequent hot-injection growth of CdS off of the seed results in either a rod-shaped or tetrapod-shaped nanocrystal, respectively. The phase and morphology of the synthesized nanocrystals are confirmed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, demonstrating that the nanocrystals are phase-pure and have a consistent morphology. The extinction coefficient and quantum yield of the synthesized nanocrystals are calculated using UV-Vis absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The rods and tetrapods exhibit extinction coefficients and quantum yields that are higher than that of the bare seeds. This synthesis demonstrates the precise arrangement of materials that can be achieved at the nanoscale by using a seeded synthetic approach.

A protocol for the seeded synthesis of rod-shaped and tetrapod-shaped multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe is presented.

Gesetzt Synthese von CdSe / CdS-Nanokristalle Rod und Tetrapod

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Chemie

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Preparation of ZnO Nanorod/Graphene/ZnO Nanorod Epitaxial Double Heterostructure for Piezoelectrical Nanogenerator by Using Preheating Hydrothermal

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we describe a one-step fabrication technique to synthesis freestanding ZnO nanorod/graphene/ZnO nanorod double heterostructure. The preparation of the double heterostructure is performed by using thermal chemical vapor deposition (CVD) and preheating hydrothermal technique. In addition, the morphological properties were characterized by using the scanning electron microscopy (SEM). The utility of freestanding double heterostructure is demonstrated by fabricating the piezoelectric nanogenerator. The electrical output is improved up to 200% compared to that of a single heterostructure owing to the coupling effect of the piezoelectricity between the arrays of ZnO nanorods on the top and bottom of graphene. This unique double heterostructure have a tremendous potential for applications of electrical and optoelectrical devices where the high number density and specific surface area of nanorod are needed, such as pressure sensor, immuno-biosensor and dye-sensitized solar cells.

One-step fabrication method for obtaining freestanding epitaxial double heterostructure is presented. This approach could achieve ZnO coverage with a higher number density than that of the epitaxial single heterostructure, leading to a piezoelectric nanogenerator with an increased output electrical performance.

Herstellung von ZnO-Nanostäbchen / Graphene / ZnO-Nanostäbchen Epitaxial Doppelheterostruktur für Piezoelektrische Nanogenerator mithilfe Vorwärmen Hydrothermale

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

Gut abgestimmten vertikal orientierte ZnO Nanorod Arrays und deren Anwendung in invertiert kleine Molekül Solarzellen

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Herstellung von Schottky-Dioden auf Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostruktur gewachsen durch Plasmaunterstützte Molekularstrahl-Epitaxie

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Growth of Gold Dendritic Nanoforests on Titanium Nitride-coated Silicon Substrates

In this study, a high-power impulse magnetron sputtering system is used to coat a flat and firm titanium nitride (TiN) film on silicon (Si) wafers, and a fluoride-assisted galvanic replacement reaction (FAGRR) is employed for the rapid and easy deposition of gold dendritic nanoforests (Au DNFs) on the TiN/Si substrates. Scanning electron microscopy (SEM) images and energy-dispersive X-ray spectroscopy patterns of TiN/Si and Au DNFs/TiN/Si samples validate that the synthesis process is accurately controlled. Under the reaction conditions in this study, the thickness of the Au DNFs increases linearly to 5.10 &#177; 0.20 &#181;m within 15 min of the reaction. Therefore, the employed synthesis procedure is a simple and rapid approach for preparing Au DNFs/TiN/Si composites.

This study presents a feasible procedure for synthesizing gold dendritic nanoforests on titanium nitride/silicon substrates. The thickness of gold dendritic nanoforests increases linearly within 15 min of a synthesis reaction.

Wachstum von Gold Dendritic Nanoforests auf Titannitus Nitrium beschichtetem Silizium-Substrat

In this study, a high-power impulse magnetron sputtering system is used to coat a flat and firm titanium nitride (TiN) film on silicon (Si) wafers, and a ...

Probe Type II Band Alignment in One-Dimensional Van Der Waals Heterostructures Using First-Principles Calculations

Computational tools based on density-functional theory (DFT) enable the exploration of the qualitatively new, experimentally attainable nanoscale compounds for a targeted application. Theoretical simulations provide a profound understanding of the intrinsic electronic properties of functional materials. The goal of this protocol is to search for photocatalyst candidates by computational dissection. Photocatalytic applications require suitable band gaps, appropriate band edge positions relative to the redox potentials. Hybrid functionals can provide accurate values of these properties but are computationally expensive, whereas the results at the Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functional level could be effective for suggesting strategies for band structure engineering via electric field and tensile strain aiming to enhance the photocatalytic performance. To illustrate this, in the present manuscript, the DFT based simulation tool VASP is used to investigate the band alignment of nanocomposites in combinations of nanotubes and nanoribbons in the ground state. To address the lifetime of photogenerated holes and electrons in the excited state, nonadiabatic dynamics calculations are needed.

Calculations performed by the Vienna Ab initio Simulation Package can be used to identify the intrinsic electronic properties of nanoscale materials and predict the potential water-splitting photocatalysts.