Electrochemical synthesis of ZnO nanowires

Abstract

Tlenek cynku (ZnO) jest półprzewodnikiem typu n o szerokiej przerwie wzbronionej i dużej energii wiązania ekscytonu. Dzięki tym właściwościom może on znaleźć zastosowanie w elektronice, optoelektronice czy też jako fotokatalizator. Dodatkowo, znaczną poprawę właściwości półprzewodnika można uzyskać poprzez zastosowanie materiałów nanostrukturalnych, szczególnie struktur pseudo jednowymiarowych, np. nanodrutów.Otrzymywano nanodruty ZnO metodą anodowego utleniania (anodyzacji) metalicznego cynku w roztworach wodorowęglanów sodu, o stężeniach 5-50 mM, oraz wodorowęglanie amonu (5mM). Proces prowadzono przy potencjałach z zakresu 5-20 V, przez 1-30 min w temperaturze pokojowej. Szczegółowo zbadano wpływ takich parametrów jak: potencjał anodyzacji, stężenie elektrolitu oraz czasu trwania procesu na morfologię uzyskiwanych warstw. Stwierdzono, że bezpośrednio w procesie anodyzacji uzyskuje się struktury nanodrutów zbudowane z zasadowego węglanu cynku. Tak otrzymany materiał poddano wygrzewaniu w celu otrzymania krystalicznego ZnO. Zaproponowano również mechanizm narastania struktur nanodrutów na substracie metalicznym. Morfologie uzyskanych nanostruktur zbadano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, natomiast skład chemiczny określono przy użyciu dyfraktometrii rentgenowskiej.Zinc oxide (ZnO) is a wide band gap n-type semiconductor with high exciton binding energy. Due to these properties it can be used in electronics, optoelectronics and as a photocatalyst. Using semiconductor nanostructures, especially 1D nanostructures like nanowires, allows to improve its properties.ZnO nanowires were obtained by anodic oxidation (anodization) of metallic zinc in sodium bicarbonate (5-50 mM) and ammonium bicarbonate (5 mM) electrolytes. Anodization was performed at different anodizing potentials (5-20 V) for 1-30 minutes at room temperature. Parameters like: anodizing potential, electrolyte concentration and time of the process were examined to check morphology changes of nanowire arrays. After anodization, nanowires were composed of zinc hydroxycarbonate. To obtain the crystalline ZnO nanowires it is necessary to anneal the samples. The mechanism of nanowires arrays growth on a metal substrate was also proposed. The morphology of the obtained ZnO layers was analyzed by using a Field Emission Scanning Electron Microscope. The crystallinity and phase composition of the obtained ZnO nanostructures were examined by XRD measurements