تهیه و بررسی خواص نانوکامپوزیت اکسیدروی آلائیده به عنصر گالیم جهت استفاده در آشکارسازهای نوری و مواد سوسوزن

علمداری, ساناز; جعفر تفرشی, مجید; ساسانی قمصری, مرتضی

doi:10.22055/jrmbs.2019.14592

تهیه و بررسی خواص نانوکامپوزیت اکسیدروی آلائیده به عنصر گالیم جهت استفاده در آشکارسازهای نوری و مواد سوسوزن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ دانشگاه سمنان دانشکده فیزیک

² دانشگاه سمنان

³ پژوهشگاه علوم و فنون هستهای

10.22055/jrmbs.2019.14592

چکیده

در این مقاله نانو کامپوزیت شفاف اکسیدروی آلائیده به عنصرگالیم با خواص تابناکی ویژه در دمای اتاق تهیه شد. نانوبلورهای اکسیدروی آلائیده به عنصر گالیم( (GZO به روش ساده سل ژل سنتز شدند. خواص اپتیکی، ساختاری و ریخت‌شناسی نمونه‌های تهیه شده توسط مشخصه‌یابی‌های مختلف از جمله طیف فوتولومینسانس، طیف جذبی-عبوری، طیف پراش پرتوی ایکس (XRD)، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDAX)، تبدیل فوریه مادون قزمز(FTIR)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) و تصاویرمیکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. بررسی XRD نشان داد نمونه‌ها دارای ساختار ورتزایت منطبق با تمام صفحات بلوری اکسیدروی بدون هیچ قله اضافی یا فاز اکسیدی میباشند. دو نانوکامپوزیت حاوی نانوپودرهای بدون عملیات حرارتی و دیگری حاوی نانوپودرهای کلسینه شده، نیز تهیه شد. نانوکامپوزیت حاوی پودر کلسینه شده خواص نوری مناسبی از جمله 70 درصد شفافیت نوری در ناحیه طول موجهای مرئی همراه با تابناکی قوی سبز(در محدوده 540 نانومتری) در دمای اتاق، از خود نشان داد. همچنین حضور عناصر گالیم و روی در ساختار توسط مشخصه یابیEDAX تایید شدند. بررسی‌ها نشان دادند کامپوزیت GZO دارای خاصیت تابناکی مناسب در ناحیه مرئی آبی تا سبز بوده که میتواند گزینه مناسبی برای کاربردهای آشکارسازی نوری و کاربردهای فتونیکی با هزینه بسیار کم باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

فیزیک اتمی-مولکولی

عنوان مقاله [English]

Preparation and Study the Properties of Gallium doped Zinc Oxide Nanocomposite for Use in Photodetector and scintillation Materials

نویسندگان [English]

SANAZ ALAMDARI ¹
majid jafar tafreshi ²
morteza sasani ³

¹ Semnan university, faculity ofphysics

² semnanuniversity

³ Assistant Prof., Photonics and Quantum Technologies Research School, NSTRI, 11155-3486, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this article, a transparent gallium doped zinc oxide nanocomposite with a novel photoluminescence properties was prepared at room temperature. GZO nanocrystals were synthesized by the simple sol-gel method. The optical, structural and morphological properties of the samples were investigated by various analysis including photoluminescence spectrum, absorption spectrum, XRD, EDAX, FTIR, TEM and FESEM images. The XRD study showed that the samples had a wurtzite structure consistent with all crystalline plates of ZnO without any additional peaks or oxidation phases. Two nanocomposites containing dried nanopowders and the other containing calcined nanopowders were also prepared. Calcined nanocomposite exhibited good optical properties, including 70% optical transparency in the visible wavelength region with a high green emission peak at the room temperature. Also, the presence of gallium and zinc and related bonds in the structure was confirmed by EDAX and FTIR characterization. Studies have shown that the GZO composite has a novel luminance property in the blue-to-green visible region, which can be a good candidate for photo detection and photonic applications with a very low cost.

کلیدواژه‌ها [English]

Sol-gel
Composite
ZnO
Synthesize
Gallium
Luminescence properties

مراجع

[1] H. Nakamura, Y. Shirakawa, S. Takahashi, H. Shimizu, Evidence of deep-blue photon emisson at high efficiency by common plastic, Europhysics Letters Association, 95 2 )2011(.

[2] Mao et al, Layered semiconductor neutron detectors, US8604441B2 )2013(.

[3] M. Sasani Ghamsari, S. Alamdari, W. Han, H.H Park, Impact of nanostructured thin ZnO film in ultraviolet protection, International Journal of Nanomedicine 12 (2017( 207–216.

[4] S. Alamdari, M. Jafar Tafreshi, M. Sasani Ghamsari, The effects of indium precursors on the structural, optical and electrical properties of nanostructured thin ZnO films, Materials Letters 197 (2017) 94–97.

[5] S. Alamdari, M. Sasani Ghamsari, M.H. Majles Ara, B. Efafi, Highly concentrated IZO colloidal nanocrystals with blue/orange/red three-colors emission Materials Letters 158 (2015) 202–204.

[6] H. Nanto et. all, Luminescence Properties of Impurity-Doped Zinc Oxide Phosphor for Novel Neutron Detection Sensors and Materials 28 (2016) 905-916.

[7] R.M. Turtos et. all, Timing performance of ZnO: Ga nanopowder composite scintillators‏ Status Solidi RRL 11 (2016) 843–847.

[8] H. Buresova et. all, Preparation and luminescence properties of ZnO:Ga polystyrene composite scintillator Optics Express 24 (2016) 15289.

[9] S.G. Mei, J.L. Wang, K.Y. Guang, G.L Zhang and Y.Q. Li, Preparation and Characterization of Gallium Doped ZnO/Epoxy Composite as Thermal-Insulating Coating Asian Journal of Chemistry 24 (2012) 2210-2212.

[10] B. Efafi, M. Sasani Ghamsari, M.A. Aberoumand, M.H. Majles Ara, A.H. Sasani Ghamsari, H. Hojati Rad, Aluminum doped ZnO sol–gel derived nanocrystals: Raman spectroscopy and solid solubility characterization Physica Status Solidi A 211 (2014) 1–5.

[11] T. Prasada Rao, M.C. Santhosh Kumar, Effect of thickness on structural, optical and electrical properties of nanostructured ZnO thin films by spray pyrolysis Applied Surface Science 255 (2009) 4579–4584.

[12] W. Hirschwald, P. Bonasewicz, L. Ernst, M. Grade, D. Hofmann, S. Krebs, R. Littbarski, G. Neumann, M. Grunze, D. Kolb, H.J. Schulz, Zinc Oxide:Properties and Behaviour of the Bulk, the Solid/Vacuum, and Solid/Gas Interface, 7 (1981).

[13] A. Alkauskas, A. Pasquarello, Band-edge problem in the theoretical determination of defect energy levels: The O vacancy in ZnO as a benchmark case‏, Physical Review B 84 (2011) 125206.

[14] M. Willander, O. Nur, J.R. Sadaf, M.I. Qadir, S. Zaman, A. Zainelabdin, N. Bano, I. Hussain, Luminescence from zinc oxide nanostructures and polymers and their hybrid devices, Materials 3 (2010) 2643-2667.

[15] T. Prasada Rao, M.C. Santhosh Kumar, Physical properties of Ga-doped ZnO thin films by spray pyrolysis, Journal of Alloys and Compounds 506 (2010) 788–793.

[16] S. Moussa, F. Namouchia, H. Guermazi, Elaboration, structural and optical investigations of ZnO/epoxy nanocomposites, The European Physical Journal Plus 130 (2015) 2-9.