המחברים מודים Svilen Bobev על עזרתו עם ספקטרה XRD ו ק Booksh לסיוע עם הציוד coater גמגום.

1. סינתזה של עץ דמוי ZnO / CdSSe ננו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ציפוי מקדים וזהב של מצעי ספיר הערה: סרט הזהב פועל כזרז לצמיחה של nanowires ZnO. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגלשות ספיר נקיות (א-מטוס, 10 × 10 × מ&quot;מ 1) באתנול 99.5% עם 5 דקות של sonication להכין את המצע עבור מקרטעת Au. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד 10 ננומטר (± 2 ננומטר) הסרט -thick של זהב על שקופיות ספיר עם coater גמגום ויעד זהב. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזה של ננו-חוטים ZnO הערה: שלב sonication 1.2.2 תוצאות ZnO ופחמן הומוגנית (ZnO / C) תערובת. לאחר ערבוב, את התערובת משתנה לצבע האפור. צעד הדחיסה 1.2.3 מבטיח שאף אוויר שוהה תערובת וכי ZnO ופחמן נמצא בקשר הדוק. לאחר CVD, סרט לבן של nanowires ZnO צריך להיות מופקד על המצע, צד פונה לכיוון הסירה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 1 גרם של nanopowder ZnO ו Activפחמן ated (חלק המוני של 50:50) ב 10 מ&quot;ל של 99.5% אתנול ו ומערבבים היטב עם מרית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate את התערובת בתוך אמבט מים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, ולאחר מכן לייבש אותו בתנור במשך ~ 5 שעות ב 80 ºC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את התערובת ZnO / C בסירה אלומינה וקומפקטי אותו היטב עם מרית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את שקופיות ספיר מצופה זהב על גבי סירת אלומינה, עם הצד צופה הזהב פונה כלפי מטה. מניח את סירת אלומינה במרכז הצינור קוורץ בתוך תנור צינור אופקי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את שפופרת קוורץ עבור שעה 1 עם Ar בקצב זרימה של 40 SCCM בטמפרטורת החדר (RT). העלה את הטמפרטורה מ RT ל -900 ºC בשיעור של 80 ºC / min ולשמור קבוע קצב זרימת ארגון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החזק את הטמפרטורה ב 900 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. פתח את הצינור קוורץ בשני הקצוות על ידי הסרת צריכת גז פקק גומי ולתת אוויר להזין את הצינור כדי לספק חמצן עבור התגובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמור על טמפרטורת התגובה ב 900 ºC עבור 3 שעות עם ruפקקי bber סיר. להתקרר RT בשיעור של 10 ºC / min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את הסירה ואת השקופיות מתוך הכבשן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפקדת סניפים CdSSe על nanowires ZnO הערה: הספינה אלומינה של תקליטורים / Se הוצגה במרכז צינור קוורץ. את nanowires ZnO המוכן היו פונה כלפי מעלה היו 10 סנטימטרים במורד מהסירה. לאחר CVD השני, סרט כתום / צהוב, המהווה את ננו-מבנה ZnO / CdSSe, יופקד בשקופית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 0.5 גרם של תקליטורים ו- CdSe (CDS / Se) גם אבקת (חלק המוני של 50:50) ומניחים את התערובת בסירה אלומינה. לדחוס את התערובת היטב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את סירת אלומינה של תקליטורים / Se ואת מדגם nanowire ZnO בעבר הכין בצינור קוורץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את הצינור עם Ar בקצב זרימה של 40 SCCM ב RT עבור שעה 1. העלה את טמפרטורת תגובת 820 ºC בשיעור של 80 ºC / min. החזק את הטמפרטורה 820 ºC למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתקרר RT בבשיעור של 10 ºC / min. קח את הסירה ואת השקופיות מתוך הכבשן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזה של דגימות בקרה: nanowires ZnO ו CdSSe <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסנתז nanowires ZnO כמו בסעיף 1.2 באותם תנאי הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסנתז nanowires CdSSe כאמור בסעיף 1.3, באותם תנאי הניסוי, עם אותה הכמות של תקליטורים ו- רכב CdSe, אבל עם שקופית ספיר נקיה, מצופה זהב כמו המצע במקום השקופית שהופקד ZnO. </li></ol></li></ol> 2. מורפולוגי אפיון crystallographic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המדגם על הבמה SEM עם מלחציים ומניחים המדגם בתא ואקום של המכשיר SEM. קח תמונות SEM על מצב ברזולוציה גבוהה עם מרחק עבודה של 12.0 מ&quot;מ במתח של 3 קילו ו בהגדלה בין 3,000X ו 10,000X 11,12. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח נתונים EDS עם מדגם זהה באמצעות גלאי רנטגן באותו מרחק עבודה של12.0 מ&quot;מ. כווננו את המכשיר למצב ניתוח ולהתאים את המתח עד 20 קילו, וכתוצאה מכך זרם של 20 עד 40 מיקרו-אמפר 13. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף ספקטרום XRD על diffractometer אבקת רנטגן באמצעות קרינה Cu Kα מסוננים (λ = 1.5418 א) 11,12. </li></ol> 3. PL ספקטרוסקופית פליטה ומדידות Lifetime PL זמן נפתרה הערה: ספקטרה PL ועוד היד נטויה פוטון יחיד בקורלציה זמן (TCSPC) מדידות ב RT בוצעו באמצעות מוגבר Ti: מתנד ספיר אחרי דור הרמונית השני (SHG), לייצר רכבת של 50 פולסים fsec מרוכז באורך גל 400 ננומטר עם כוח תפוקה של 1.76 mW 14. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן המדגם לתוך בעל מדגם המציב את פן המדגם עד הליזר אל הגלאי. יישר את הלייזר להתמקד המדגם. מדוד את ספקטרום הפליטה PL של דגימות מ -500 ננומטר אורכי גל 900 ננומטר באמצעות ספקטרומטר סיבים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש להשתמש בגלאי פוטון יחיד (Avalanche דיודה צילום או phototube) כדי למדוד גלגולים PL זמן נפתרה עם פילטר זכוכית צבע מסנן bandpass הפרעה 500 או 650 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס ZnO, CdSSe, או ZnO / CdSSe מחליק לתוך בעל המדגם. מדוד את nanowires ZnO טהור עם מסנן bandpass 500 ננומטר לבין דגימות CdSSe או ZnO / CdSSe עם מסנן bandpass 650 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש דלפק פוטון יחיד בקורלציה זמן או אוסצילוסקופ מהר למדוד את תקופות חי ריקבון קרינת הזמן נפתר. </li></ol>

<ol>
	<li>Swank, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Properties+of+II-VI.">Surface Properties of II-VI.</a> Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).</li><li>Bagnall, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+pumped+lasing+of+ZnO+at+room+temperature.">Optically pumped lasing of ZnO at room temperature.</a> Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).</li><li>Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS+sensitized+3D+hierarchical+TiO2/ZnO+heterostructure+for+efficient+solar+energy+conversion.">CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion.</a> Sci. Rep. 4, (2014).</li><li>Anta, J. A., Guill&#233;n, E., Tena-Zaera, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ZnO-Based+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).</li><li>Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+area+vertical+alignment+of+ZnO+nanowires+in+semiconducting+polymer+thin+films+directed+by+magnetic+fields.">Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields.</a> Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).</li><li>Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+cathodoluminescence+properties+of+CdSe/ZnO+hierarchical+nanostructures.">Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures.</a> J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).</li><li>Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS/CdSe+Co-Sensitized+TiO2+Photoelectrode+for+Efficient+Hydrogen+Generation+in+a+Photoelectrochemical+Cell.">CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell.</a> Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).</li><li>Rinc&#243;n, M. E., S&#225;nchez, M., Ruiz-Garc&#237;a, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocorrosion+of+Coupled+CdS/CdSe+Photoelectrodes+Coated+with+ZnO:+Atomic+Force+Microscopy+and+X-Ray+Diffraction+Studies.">Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies.</a> J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).</li><li>Leschkies, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosensitization+of+ZnO+Nanowires+with+CdSe+Quantum+Dots+for+Photovoltaic+Devices.">Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices.</a> Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).</li><li>Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertically-aligned+nanostructures+of+ZnO+for+excitonic+solar+cells:+a+review.">Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review.</a> Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).</li><li>Zhu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+vertically+aligned+ultra-long+ZnO+nanowires+on+heterogeneous+substrates+with+catalyst+at+the+root.">Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root.</a> Nanotechnology. 23 (5), 055604 (2012).</li><li>Yang, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Growth+of+ZnO+Nanowires+and+Their+Optical+Properties.">Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties.</a> Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).</li><li>Myung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition-Tuned+ZnO&#8722;CdSSe+Core&#8722;Shell+Nanowire+Arrays.">Composition-Tuned ZnO&#8722;CdSSe Core&#8722;Shell Nanowire Arrays.</a> ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).</li><li>Pan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color-Tunable+Photoluminescence+of+Alloyed+CdSxSe1-x+Nanobelts.">Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts.</a> J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).</li><li>Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CdS-decorated+ZnO+nanorod+heterostructures+for+improved+hybrid+photovoltaic+devices.">CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).</li><li>Nan, W. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+Control+of+Zinc-Blende+CdSe/CdS+Core/Shell+Nanocrystals:+Synthesis+and+Structure-Dependent+Optical+Properties.">Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).</li><li>Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. 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>

נתונים ומספרים במאמר זה מצוטטים מהספרות בננוטכנולוגיה על ידי Li et al. 17.

<html> היישור האנכי של nanowires ZnO (גבעולים) מבוסס על גידול epitaxial על פני המצע. Nanowires ZnO לגדול באופן מועדף לאורך הכיוון &lt;0001&gt; תואם עם המחזוריות של א-המטוס של ספיר 12. לכן, את הסוג והאיכות של המצע חשוב מאוד. עוביים שונים של ציפוי זהב על פני המצע, מ -5 ננומטר ל -20 ננומטר, נבדקו לא ...

ZnO הוא מוליך למחצה II-VI שמציע פער להקה (BG) של 3.3 eV, ניידות אלקטרונים גבוהה, וכן 1,2 אנרגיה גדול אקסיטון מחייב. זהו חומר מוליך-למחצה בשפע עם שפע של יישומים בהווה ובעתיד במכשירים אופטיים, תאים סולריים, ואת photocatalysis. עם זאת, ZnO הוא שקוף, המגביל את תחולתו בטווח ספקטרלי הגלוי. לכן, אמצעי סופגי אור הנראה, כגון מוליכים למחצה צר פער 3, מולקולות צבע 4, ופולימרים רגישים 5, הועסקו לעתים קרובות את רגישותם של ZnO ספיגה אור הנראה. תקליטורים (BG 2.43 eV) ואת CdSe (BG 1.76 eV) הם מוליכים למחצה II-VI צרי הפער נפוצים נחקרו באופן אינטנסיבי. הפרמטרים BG ו סריג של CdSSe סגסוגת משולשת יכול להיות מותאם על ידי שינוי יחס חפרפרת של רכיבים VI 6,7. nanocomposites ZnO / CdSSe דווחו לגרום photov ביותר8,9 המרת אנרגיה oltaic. שילוב בין מסלול הובלת אלקטרונים היעיל של nanowires ZnO בציר האנכי כלפי מצע עם קליטת האור הנראה המשופרת של סניפי CdSSe הוביל העברת אלקטרונים יעילה בין הגזע וענפי 9,10. לפיכך, אנו מסונתז ננו-מבנה ZnO / CdSSe חדש דמוי עץ, שם מיושר אנכית nanowires ZnO מעוטרים סניפים CdSSe. חומר מרוכב זה יכול לשמש כאבן בניין עבור תקני המרת אנרגית סולארית רומן. פרוטוקול זה מתאר כיצד מערכי nanowire ZnO גדלים על מצע ספיר על ידי שיקוע כימי חד-שלבית (CVD) מ אבקות ZnO ו- C, בעקבות הליך זה כבר פורסם בעבר 11. בעקבות הצמיחה של ננו-חוטי ZnO, בשלב שני של CVD מועסק לגדול סניפי CdSSe על nanowires ZnO. אנו מעסיקים עקיפה אבקת רנטגן (XRD), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), ואנרגיה נפיצה ספקטרוסקופיה רנטגן (EDS) כדי למדוד את המבנה הגבישי, מורפולוגיה, והרכב של nanotrees ZnO / CdSSe (נוירוטיפיקלים). מנגנון העברת הספק נכסים ולחייב האופטיים בין ענפי הגזע נחקר על ידי photoluminescence (PL) ספקטרוסקופיה זמן נפתר מדידות חי PL.

<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

הליך בתצהיר שני שלבים כימיים אדים מועסקים כאן כדי להכין-ננו הטרו ZnO / CdSSe הירארכי דמוי עץ. המבנים מורכבים סניפי CdSSe גדלו על nanowires ZnO כי מיושרים אנכיים על מצע ספיר שקוף. מורפולוגיה נמדדה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. מבנה הגבישי נקבע על ידי ניתוח עקיף אבקת רנטגן. הן ZnO גזע וענפים CdSSe יש מבנה גבישי wurtzite בעיקרה. יחס החפרפרת של S ו Se בענפי CdSSe נמדד על ידי ספקטרוסקופיה רנטגן נפיצת אנרגיה. סניפי CdSSe לגרום ספיגת אור הנראה חזקה. Photoluminescence (PL) ספקטרוסקופיה הראתה כי הגזע והענפים יוצרים heterojunction מסוג II. מדידות חי PL הראו ירידת חייו של פליטה מהעצים בהשוואת פליטה מן ZnO פרט נובע או סניפי CdSSe ומעיד העברת מטען מהירה בין CdSSe ו ZnO. הגלימהקאלי המיושר ZnO נובעת לספק מסלול העברת אלקטרונים ישיר המצע ולאפשר הפרדת תשלום יעילה לאחר photoexcitation ידי אור הנראה. השילוב של תכונות הנ&quot;ל עושה ZnO / CdSSe nanotrees מועמדים מבטיחים עבור יישומים תאים סולריים, photocatalysis, והתקנים אופטו-אלקטרוניים.

איור 1 מציג את מנגנון הצמיחה של ZnO / CdSSe נוירוטיפיקלים. ההליך כרוך אדי נוזל-מוצק קטליטי (VLS) תהליך ואחריו הצמיחה הלא קטליטי מוצק אדי (VS). בשלב VLS הראשון, ZnO ו- C להגיב באטמוספירה Ar, וכתוצאה מכך Zn מתכתי תחמוצת הפחמן. Zn מתמוסס וכפועל יוצא מזה מבשר זהב ?...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees at JoVE.com

Synthesis of Hierarchical ZnO/CdSSe Heterostructure Nanotrees

כאן, אנו מכינים ולאפיין ננו ZnO / CdSSe היררכי דמוי עץ הרומן, שבו סניפים CdSSe גדלים על nanowires ZnO מיושר אנכית. Nanotrees וכתוצאה מכך הם חומר פוטנציאל המרת אנרגיית השמש והתקנים אופטו-אלקטרוניים אחרים.

סינתזה של המבנה ההיררכי ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees

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

synthesis-of-hierarchical-znocdsse-heterostructure-nanotrees

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.9K Views.  University of Delaware.  כאן, אנו מכינים ולאפיין ננו ZnO / CdSSe היררכי דמוי עץ הרומן, שבו סניפים CdSSe גדלים על nanowires ZnO מיושר אנכית. Nanotrees וכתוצאה מכך הם חומר פוטנציאל המרת אנרגיית השמש והתקנים אופטו-אלקטרוניים אחרים. 

Video: 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.

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

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

Engineering

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.

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

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.

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

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.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת 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.

הכנת ZnO nanorod / גראפן / ZnO nanorod Epitaxial זוגי Heterostructure לPiezoelectrical Nanogenerator על ידי השימוש בPreheating הידרותרמיות

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%.

היטב מיושר אנכית מונחה ZnO Nanorod מערכים ויישומם ב הפוך קטן מולקולה תאים סולריים

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.

שיטה סטנדרטית ואמינה כדי לפברק Nanoelectronics דו מימדי

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.

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית Epitaxy

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.

צמיחה של זהב ננו יערות הדנדריטים על טיטניום Nitride-מצופה סיליקון מצעים

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.