Свежие записи
10 сентября 2018

Автор: ВикторРаздел: Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния)

30 августа 2018

Автор: ВикторРаздел: Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния)

09 июля 2018

Автор: ВикторРаздел: Атомно-силовая микроскопия

Подписка на новые статьи


Нажимая кнопку «Подписаться», вы принимаете условия «Соглашения на обработку персональных данных».

Анализ тонкой пленки оксида кобальта Co3O4, полученной методом центрифугирования

Анализ тонких пленок
ФЕВ162016

Оксид кобальта (Co3O4) является важным полупроводником p-типа с оптической шириной запрещённой энергетической зоны 1.48 и 2.19 эВ. Помимо этого данное вещество используется в газовых сенсорах, в солнечных батареях, аккумуляторах, керамических пигментах, а так же в качестве катализатора очистки в химической технологии. Co3O4 имеет структуру нормальной шпинели типа AB2O4, где ионы Co2+ занимают тетраэдрические 8а-узлы, а ионы Co3+ занимают октаэдрические 16d-узлы.

Во многих отраслях оксид кобальта используется в виде тонкой нано-пленки. Одним из эффективных и недорогих способов получения такой пленки является метод золь-гель центрифугирования. Для того, чтобы оценить его продуктивность, необходимо синтезировать нано-пленку Co3O4, проанализировав ее структуру, морфологию и оптоэлектронные свойства. Приготовление нано-пленки методом золь-гель центрифугирования представлено на схеме.

Приготовление нано пленки методом центрифугирования

В ходе данного процесса на конечную толщину пленки, прежде всего, влияет температура прокалки осадка на воздухе, ввиду чего было приготовлено 4 пленки при температурах прокалки 400 °С, 500 °С, 600 °С, 700 °С. С увеличением температуры прокалки толщина пленки уменьшается на 6-11% отн.

Температура прокалки, °С 400 500 600 700
Толщина пленки, мкм 0.7748 0.6887 0.6425 0.5998

Анализ пленки оксида кобальта

Анализ пленки оксида кобальта

Из дифрактограмм, полученных методом рентгено-фазового анализа, видно, что для пленок с температурами прокаливания 400 - 600 °С характерны слабые пики с низкой степенью кристаллизации. Для пленок с температурой прокаливания более 600 °С наоборот характерны острые пики с максимальным содержанием фаз оксида кобальта.

Данные структурного анализа позволяют подсчитать размер кристаллита, который увеличивается с повышением температуры прокалки. Это явлением объясняется тем, что у наночастиц оксида кобальта присутствует большое количество свободных связей, возникающих из-за дефектов поверхности кристалла. Благодаря этим дефектам при увеличении температуры прокалки происходит слияние частиц с образованием крупных зерен Co3O4.

Температура прокалки, °С 400 500 600 700
Размер кристаллита, мм 53.40 58.25 64.70 68.54

Эти данные подтверждаются результатами электронной микроскопии. На снимках видно, что с повышением времени прокалки осадка, размеры зерен оксида кобальта увеличиваются. Помимо этого структура пленок получилась довольно гладкой, состоящей из мелких удлинённых частиц размером менее 80 нм в длину и 40-50 нм в диаметре. Такая морфология тонких нано-пленок оксида кобальта обеспечивает большую удельную поверхность, что является важным фактором при использовании данного материала в качестве суперпроводника или в газовых сенсорах.

Метод центрифугирования для создания тонких пленок

Помимо структурных и морфологических характеристик, были получены оптоэлектронные свойства тонкой нано-пленки оксида кобальта при разных температурах прокалки. Удельная электропроводимость постоянного тока увеличилась с 10-4 до 10-2 (Ω · см)-1. Концентрация переносчиков электронов и подвижность пленок Co3O4 с разными температурами прокалки составляли 2.4 – 4.5•10-19 см-3 и 5.2 – 7.0•10-5 см2•V-1 соответственно.

Исследования оптического поглощения показали низкую абсорбцию в видимой и ИК областях с шириной запрещенной зоны 2.58 эВ для образца, прокаленного при 400°С и 2.07 эВ для образца с температурой прокалки 700°С. Такое снижение обуславливается уменьшением дефектности структуры с увеличением температуры прокалки.

На основании проделанного анализа можно сделать вывод о том, что тонкие нано-пленки оксида кобальта, полученные методом центрифугирования на центрифуге spinNXG от компании APEX, при температурах прокалки осадка от 600°С, обладают хорошими структурными, морфологическими и оптоэлектронными свойствами.

Подробные характеристики системы нанесения покрытий методом центрифугирования серии spinNXG
Следующая статья
ФЕВ242016

Автор: ВладимирРаздел: Атомно-силовая микроскопия