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J. Phys. Chem. C:ZnO包覆聚丙烯腈纳米纤维中缺陷的光致发光研究

2020-04-21   易丝帮

DOI:10.1021/acs.jpcc.0c00326

采用原子层沉积(ALD)和静电纺丝相结合的方法制备了一维聚丙烯腈(PAN)/氧化锌(ZnO)核-壳纳米结构。合成并研究了不同ZnO厚度的纳米纤维。本工作通过光致发光(PL)测量,提供了有关一维ZnO结构缺陷和活化能(Ea)的新信息。在77至273K(室温)下研究了一维ZnO/PAN样品的PL测量。通过分析获得的发射光谱数据,计算出Ea和温度系数。研究结果为一维ZnO/PAN结构缺陷提供了一个近似模型。观察到所制备一维材料的光学性质与结构性质密切相关。即,通过分析光学测量来计算ZnO层中的缺陷浓度。这些研究可以预测材料的性能,并为可靠的传感开辟了新的途径。

 

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图1.(a)用300 s的静电纺丝时间制备的一维ZnO纳米结构并在373 K下通过ALD涂覆50个循环的ZnO的SEM图像。(b)厚度为0、2.5、5、10、15、20 nm的ZnO样品的XRD数据。


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图2.(a)沉积在厚度为5 nm的PAN纳米纤维上的一维ZnO,(b,c)PAN表面上的ZnO微晶的TEM图像,(d)ZnO晶粒度的TEM数据取决于ZnO层的厚度。


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图3.(a)PL光谱:由氮气激光E=3.68 eV激发的不同一维ZnO厚度在77 K处的归一化峰位置。(b)具有不同ZnO厚度的一维ZnO/PAN样品的紫外/可见发射比。


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图4.使用不同的中性密度滤光片对20 nm样品进行PL功率依赖性测量。功率依赖性(a);通过使用六个峰值,在77 K时在Origin Pro 7中使用高斯函数进行PL反卷积(b);对数拟合,第二个峰(c);中性氧空位(2.78-2.85 eV)(d);单离子氧空位(2.45-2.53 eV)(e);双离子氧空位(2.30-2.35 eV)(f)。


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图5. ZnO纳米结构中可能存在的光学跃迁及其能量,其中无FX激子,Zni-锌间隙,Zn+i-锌间隙离子,Vo-氧空位,V+o-氧空位离子。


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图6. 20 nm样品的PL温度依赖性(a);Ea计算的指数近似值(b)图中使用了20 nm样品和峰2(光谱去卷积如图5b所示)。


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图7.可能的辐射和非辐射跃迁。


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图8.电纺PAN纳米纤维作为芯层和ZnO层作为壳层的薄膜。


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