Synthesis of Nanopowders ZnO and ZnO : Mn by Ultrasonic Sprey Pyrolysis

(1)

- JOURNAL OF NANO- AND ELECTRONIC PHYSICS

8№ 2, 02043(5cc) (2016) Vol. 8 No 2, 02043(5pp) (2016)

ZnO ZnO : Mn

г г , г г , г г , г г Х

я б

г б мзб йое1е б

( 11.02.2016, ХonlineХ21.06.2016)

Х Х Х Х Х - пХ бХ бХ Х Х Х в

Х ZnOХ ХZnOпMnбХ Х Х Х Х гХ

Х Х Х бХ Х Х Х Х Х бХ в

Х Х г Х Х Х Х Х гХ в

бХ Х Х ZnOпMnбХ Х Х Х бХ Х Хp- Х

г

п Х б Х Х Х б - пХ бХ

бХ б Х Х бХ бХ бХ Х б

Х б Х г

DOI: 10.21272/jnep.8(2).02043 PACS number: 78.55.Et

Х Х Х ZnO Х в

бХ Х Х в

Х г Х Х Х

бХ Х Х Х в

бХ Х Х гХ Х в

Х n- Х Хp- Х бХ в

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х б в

Х бХ Х Х

Х Х Х[ж-3].

Х бХ Х Х г Х

Х Х Х

n-Х гХ Х Х Х Х

Х Х Х

Х Х ZnO Хp- Х гХ

Х Х Х Х Х Х бХ

Х Х Х Х Х Х

Х Х бХ Х

Х n- гХ Х Х Х Х Х

Х бХ p-

Х гХ Х Х Х

Х ХZnOХ Х Х Х

Х Х в

Х Х г

Х Х [й]Х Х Х Х p-

Х Х Х ZnO : MnХ Х Х

Х Х гХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х

гХ Х егкХ Х

Х (0.5 ЮХ Х Х Х бХ

Х Х Х Х в

Х Хзгк . Х Х Х бХ

Х Х Х- в

Х Х Х Х Х Х ZnOХ

Х Х Х Х Х Х в

ХZnOпMnХp- Х г

Х Х Х Х в

Х Х Х Х бХ в

Х Х Х Х в

Х Х Х - Х[к]гХ Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х в

Х гХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х ZnOХ Х Х Х в

Х г бХ Х Х Х

Х Х Х ХZnOХ Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х p- Х в

гХ

Х Х Х Х Х в

Х ZnOХ Х ZnO : MnХ Х - Х Х

Х Х Х Х Х

Х Х Х - гХ

Х Х Х ХZnOХ Х Х

Х Х - пХ гХ

Х Х Х Х Х Х

ZnЭNOиЮз•лэзOХ Х Х еги Х Х егеи Х

Х Х Х Х Х ZnOгХ

Х Х в

бХ Х Х Хжбм гХ Х в

Х Э Х ж÷к ЮХ - Х

Э Х йгк д ЮХ Х Х Х

-Х Х Х лке÷мее° Х гХ Х

Х Х Х Х Хм÷же гХ в

Х Х Х ZnOХ Х Х

Х Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х бХ Х в

Х жке÷зее° гХ Х в

Х бХ Х Х в

Х Х Х -102-02,

Х Х г 1. Х Х ,

Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х

Х Х Х Х

Х Х бХ Х Х Х Х

[к]гХ Х Х Х Х Х

1.0÷ибе Х Х Х Х Х Х

Х еги Х Х еги÷жге Х Х Х Х в

Х Х Х егеи Х

Э г 1). Х Х в

бХ Х Х Х -згебХ в

(2)

-г 1 – Х Х Х ХZnOбХ Х Х Х Х Х Х Хеги ХЭ ЮХ

Хе.03 ХЭ ЮбХ Х Х Х ХZnO : MnбХ Х Х Х Х Х Х Хеги Х

Х Х Х Х Х0,01 Х ХЭ ЮХ Х Х ХЭ Ю Х Х

Х Х Х Х Х г

Х Х Х Х ZnOбХ

Х Х Х Х[лбм]Х бХ Х

Х Х Х Х Х

б Х Х Х Х в

бХ Хd ~ 56 Х Хd ~ 37 Х г

Х Х Х Х Х

ZnO : MnХ Х Х Х Х ХcХ

Х еби б Х Х Х Х в

Х Х ЭMnЭNO3)2•лэ2OЮХ Х бХ в

Х Х Х Хебеж .

Х , ХMn, Х в

Х Х Х Х Х - гХ Х

Х Х бХ в

Х Х Х бХ Х

Х бХ Х Х Х Х

Х гж гХ Х Х Х Х

Х Х Х Х Х бХ

Х Х ZnOпMnХ Х в

Х г Х Х Х Х

Х ~ 1 бХ Х Х Х Х бХ

Х Х Х Х Х

ZnOХ Х Х Х Х Х Х Х

ХЭ гж Юг

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х

ZnOХ ХMnХ Х Х гХ Х в

Х Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х в

бХ Х Х Х ZnOХ Х в

Х - пХ Х Х г в

 800 ° Х Х Х ж гХ Х Х Х Х в

гХ Х Х Х Х Х Х

Х Х  800 ° Х Х Хж гХ

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Mn2 +бХ Х в

Х Х Х ZnOХ Х в

гХ Х бХ Х Х Х

Х Х Х Х ZnOпMnгХ

Х Х Х Х ХMn2 + ХZnOХ

Х Х пХ Х в

Х ХgзгеежбХ Х в

Х Х  65.94 гХ Х Х

Х Х Х Mn2 + Х Х в

Х Х Х[н]г

Х Х Х ZnO:Mn Х в

Х Х Х Х Х гж гХ Х в

Х Х Х Х Х Х бХ

Х Х Х Х бХ Х

бХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х Х Х

Х ~ж÷з б Х бХ Х в

Х Х б Х Х Хd ~ 120 .

Х ХЭ г2).

Х бХ Х Х

(3)

Х ZnO ZnO : Mn… . - . . 8, 02043 (2016)

- Х Х бХ Х в

Х ZnO : MnХ Х Х Х в

Х Х Х ХЭ гз ЮгХ

Х бХ Х Х

Х бХ Х Х Х

бХ Х Х Х Х

Х гХ Х Х

Х бХ Х Х Х

Х Х бХ бХ Х в

бХ Х Х Х Х Э гз ЮгХ Х Х

Х Х Х Х Х пХ

max ~ 416 бХ Х Х Х Х Х в

Х Х Х - Х

б Х max ~ 441 Х Хmax ~ 470 бХ Х

400 450 500 550 600

0,0 0,2 0,4 0,6

0,8 1,0

I/

I

0

λ

,

ɧɦ

ɚ

ɛ

г 2 – Хф ю и е це ции Х в

Х ZnOпMnХ Х Х Х Х Х Х

0.3 Х Х Хебеж бХ Х Х в

Х бХ ХЭ ЮХ Х ХЭ ЮХ Х Х Х в

Х Х бХ Х Х Х

Х Х[о]г

Х Х Х Х Х в

Х Х ХZnOХ Х Х Х

Х Х Х Х - пХ

Х Х гХ Х Х Х Х Х

Х ZnЭNO3)2•лэ2OХ Х Х еби Х Х

Mn(NO3)2•лэ2OХ Х Х ебеж гХ в

Х Х  670 ° г

бХ Х Х Х в

- бХ Х Х Х Х в

Х  800 ° Х Х Х Х ХжХ гХ в

Х Х Х Х Х Х

Х Э г 3).

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х Х Х Х Х Х Х в

Х ZnOпMn Х Х Х

Х Х Х Х Х

Х ХMn2 +_, Х Х Х

Х Х гХ Х Х в

Х Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х Х в

Х Х Х ХMn2 +

Х Х ХZnOг

Х Х Х ZnOпMnбХ

Х Х Х бХ в

Х Х Х -MnO2, ( Х

2θ  26,7 гЮг Х Х Х Х Х

. Х ZnO : MnХ Х

Х Х Х Х Х

гХ Х Х Х Х Х Х

Х ХZnOбХ Х Х

Х Х г Х бХ

г 3 – Х Х ZnOпMnХ Э ЮХ Х Х Х Х Э ЮбХ Х Х - пХ Х Х Э1ЮХ Х

(4)

Х Х гибХ Х Х Х Х в

Х Х ZnOпMnбХ Х Х

Х бХ Х Х α-MnO2

Э Х2θ  19,0 гЮбХ Х Х Х Х

Х г

Х Х Х г 3 Х Х

бХ Х Х Х Х Х ZnO : MnХ Х

Х - Х Х Х

Х Х Х Х Х в

Х gйбзнмйгХ Х Х Х Х Х

Х Х Х ZnOбХ Х Х

Х Х бХ бХ Х Х Х

Х Х Х Х гХ Х

бХ Х Х Х g- бХ Х

Х Х бХ Х Х

ZnO : MnХ Х Х - Х гХ

Х Х Х ZnO : MnХ Х

Х Х б в

б Х Х Х Х Х Хg 4,2874

г Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Mn2 +_.

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х Х бХ

Х Х Х Х Х в

гХ Х Х в

Х Х Х Х в

Х Х ХZnOЭ Х Х ЮХ

Х Х Х Х Х

Х гХ Х гжХ Х Х

Х Х ХZnOХ Х

ZnO : MnХ Х Х Х Х Х в

Хебеж бХ Х Х Х Х

- бХ Х Х Х Х Х в

гХ Х Х Х Х в

Х Х гХ Х гжХ бХ Х в

Х Х Х Х

ZnO : Mn Х Х Х Х

Х Х Х  3,2415 ÅХ Х

Х ZnOгХ Х Х Х Х

 800  Х Х Хж гХ Х Х бХ Х

Х Х Х Х бХ Х Х Х

ХZnO.

1– Х Х Х Х ХХ бХ Х ХZnO

№Х

д - ХбХÅ dбХп / бХÅ- dпбХ /

1 ZnO 3,2415 5,1946 56,0 1,6025 3,2389 5,1932 38,0 1,6034

2 ZnO : MnХ Х 3,2431 5,1972 32,0 1,6025 3,2458 5,1961 35,0 1,6009

3 ZnO : MnХ Х 3,2399 5,1936 70,0 1,6015 3,2441 5,1930 48,0 1,6007

бХ Х в

Х Х Х Х Э / ) Х Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х Х гХ Х

ZnOбХ Х Х Х бХ в

Х Х Х Х Х Х Х в

Х пХ  3,249 ÅбХ  5,205 ÅХ Х в Х /  1,6020 [же]гХ Х Х Х Х д бХ

Х Х гжбХ Х Х Х Х бХ

Х Х ZnO : MnбХ Х Х в

Х бХ Х Х / Х в

Х Х гХ Х Х Х

Х Х ХХ

ХZnO : Mn.

Х Х Х в

бХ Х Х Х Х

Х Х гХ Х Х[жж]

бХ Х Х ХZnOбХ Х Х

Х Х Х Х

Х Х Х егеж-0.1 Х Х бХ Х

ХD ~ 10 – 2гХ Х бХ Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х егж-0.2 Х Х бХ в

Х D ~ 104 – 2_. Х Х

Х б Х ZnOбХ в

Х Х Х бХ Х в

Х Х Х Х Х гХ в

Х Х Х Х Х Х

ZnOХ Х Х Х ZnO : MnХ Х

Х Х Х Х

-Х Х Х Х Х Х г 2.

2 – Х Х ХХ ZnOХ ХZnO : Mn

№

д Х - Х Х , D 10

10 – 2

ZnO ZnO : Mn (0,01 Ю

ZnO : Mn (0,01 Ю

Х ZnO : Mn (0,02 Ю

ZnO : Mn (0,04 Ю

ZnO : Mn, (0,16 Ю

1 35,8 45,0 12,4 49,2 62,5 98,6

2 45,2 53,0 26,4 57,7 87,1 140,1

Х , Х Х в

Х Х бХ Х Х Х Х

ZnOХ Х Х бХ Х Х в

Х Х Х Х

бХ Х Х Х

гХ Х Х ZnOХ в

Х Х Х Х Х в

(5)

Х ZnO ZnO : Mn… . - . . 8, 02043 (2016)

Х Х Х Х Х– Х Х Х

Х Х Х бХ Х

Х Х Х Х ZnO : MnХ Х в

Х гХХ Х Х Х Х Х бХХ

Х Х Х Х Х в

Х ХZnO Х Х Х Х

Х Х Х Х бХ

бХ Х Х Х Х Х

Х Х гХ Х Х Х Х Х

Х Х Х Х гХ

Х Х Х бХ Х

Х Х Х Х Х

-Х Х Х Х в

Х бХ Х ХZnO : MnбХ в

Х Х Х бХ Х Х

- Х г

і ZnO ZnO : Mn і і

г г , г г , г г бХ г г

я б

г б мзб йое1е б

Х Х Х Х Х - пХ бХ бХ Х Х Х в

Х ZnOХ ХZnO : MnбХ Х Х Х Х гХ Х

Х Х бХ Х Х Х Х Х бХ Х Х

гХ Х Х Х Х Х гХ бХ Х Х

ZnOпMnбХ Х Х Х бХ Х Х - Х гХ

і п Х , Х Х Х , - пХ бХ бХ

, Х Х , , , Х , Х в

, Х г

Synthesis of Nanopowders ZnO and ZnO : Mn by Ultrasonic Sprey Pyrolysis

M.F. Bulaniy, V.Yu. Vorovsky, A.V. Kovalenko, O.V. Khmelenko

Oles Gonchar DNU, 72, Gagar na Ave., 49010 Dnipro, Ukraine

The paper analyzes the influence of the type of carrier gas: helium, air, nitrogen on the physical prop-erties of nanopowders of ZnO and ZnO : Mn, synthesized by ultrasonic spray pyrolysis. It has been investi-gated the surface morphology of samples, their crystal quality and EPR spectra, conducted X-ray analysis. Turn aut the effect of heat treatment on the properties of nanocrystals. It is shown that nanopwders ZnO : Mn, synthesized in a nitrogen atmosphere, may be have the p-type conductivity.

Keywords: Zinc Oxide, Method of ultrasonic spray pyrolysis, Gas-transport: helium, air, nitrogen, Surface morphology of the samples, Nanocrystals, Heat treatment, EPR spectra, Photoluminescence spectra, X-ray analysis.

И І Е А И

1. S. Kasap, P. Capper, The Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials (Berlin: Springer: 2007).

2. D.D. Awschalom, D. Loss, N. Samarth, Semiconductor Spintronics and Quantum Computation ( Berlin: Springer: 2002).

3. г . бХ г г бХ г г бХ

г в

Э Х пХ пХ зежеЮХ

(Yu.A. Danilov, Ye.S. Demidov, A.A. Yezhevskiy, Novyye magnitnyye materialy i pribory na ikh osnove. Uchebnoye posobiye (Nizhniy Novgorod: NGU: 2010)).

4. V.O. Pelenovich, Sh.U. Yuldashev, A.S. Zakirov, Physica B

404, 5266 (2009).

5. . . , 2 № 2, 3 (2007)

(V.V. Pankov, Vestnik BGU2 No 2, 3 (2007)). 6. A.L. Patterson, Phys. Rev.56, 978 (1998).

7. г г бХ г г гХ г г бХ

-Э пХ пХ жоойЮ (S.S. Gorelik, Yu.A. Skakov. L.N. Rastorguyev, Rentgeno-graficheskiy i elektronno-opticheskiy analiz (Moskva: MISIS: 1994)).

8. . . , . . , . . ,

. . ,

- ( : . : 1987)

(M.V. Vlasova, N.G. Kakazey, A.M. Kalinichenko, A.S. Litovchenko, Radiospektroskopicheskiye svoystva ne-organicheskikh materialov (Kiyev: Nauk. dumka: 1987)).

9. г г бХ г г бХ в

г

г б 1 Э пХ пХ

2000) (E.V. Kortunova, V.I. Lyutin, Gidrotermal'nyye monokristally tsinkita. Issledovaniye fizicheskikh svoystv. Sbornik, tom 1 (Aleksandrov: VNIISIMS: 2000)).

10. г г бХ г г бХ г г бХ

г г бХ в

г Э пХ г пХ жонмЮХ

(V.I. Gavrilenko, A.M. Grekhov, D.V. Korbutyak, V.G. Litovchenko, Opticheskiye svoystva poluprovodnikov. Spravochnik (Kiyev: Nauk. dumka: 1987)).

11. . . , . . , . . , .,