33
Daugavpils 13. vidusskola ZnO/ Cu 2 O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana Skolēna zinātniski pētnieciskais darbs fizikā Darba autori: Valērija Verdiņa, Valentīns Jerockis Darba vadītājs: fīzikas skolotājs, fīzikas maģistrs Jūrijs Kostjukevičs Darba konsultants: fīzikas maģistrs Andrejs Ogurcovs Daugavpils, 2016

ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

1

Daugavpils 13. vidusskola

ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

Skolēna zinātniski pētnieciskais darbs fizikā

Darba autori: Valērija Verdiņa, Valentīns Jerockis

Darba vadītājs: fīzikas skolotājs, fīzikas maģistrs Jūrijs Kostjukevičs

Darba konsultants: fīzikas maģistrs Andrejs Ogurcovs

Daugavpils, 2016

Page 2: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

2

ABSTRAKTS

Šīs tēmas izvēle ir saistīta ar lielu interesi par ZnO/ Cu2O heterostruktūru veidošanu un to

pielietojumu zinātnē un tehnoloģijā. Tas saistīts ar to, ka cinka oksīds un vara I oksīds ir fotoaktīvi

materiāli, kā arī tos var izmantot gāzu un ķīmisko sensoru izveidošanai.

Līdz pēdējam laikam ZnO/ Cu2O nanokompozītmateriālu iegūšana bija dārgs un sarežģīts

process, tāpēc ir nepieciešams meklēt lētākus un vienkāršākus paņēmienus.

Darba mērķis bija ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana, izmantojot hidrotermālo metodi.

Darba rezultātā tika iegūtas ZnO/ Cu2O plēves un Cu2O plēves, izmantojot hidrotermālo metodi.

Labākie paraugi ir izpētīti Daugavpils Universitātē ar elektronisku mikroskopu; ir izpētīta to

fotoaktivitāte; no ZnO/ Cu2O plēvēm ir iegūts VA raksturojums.

Darba saturs: 32.lpp., 28 attēli, 6 pielikumi.

Page 3: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

3

ABSTRAKTS

Выбор этой темы связан с большим интересом к образованию гетероструктур ZnO/ Cu2O

и их применении в науке и технологиях. Это связано с тем, что оксид цинка и оксид меди (I)

фотоактивные материалы, которые также можно использовать при создании газовых и

химический сенсоров.

До недавнего времени получение нанокомпозитных материалов ZnO/ Cu2O был сложный

и дорогой процесс, поэтому было необходимо найти более дешёвые и простые способы их

получения.

Целью работы являлось получение гетероструктур ZnO/ Cu2O гидротермальным

методом.

В результате были получены гетероструктуры ZnO/ Cu2O и плёнка Cu2O

гидротермальным методом. Лучшие образцы были изучены в Даугавпилсском Университете

с помощью электронного микроскопа, изучена их фотоактивность, для плёнок ZnO/ Cu2O

снята ВАХ (вольтамперная характеристика).

Page 4: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

4

SAĪSINĀJUMI

(CH2)6N4 urotropīns

[Cu(NH3)4](OH)2 vara (II) kompleksais savienojums

att. attēls

cm centimetrs

Cu varš

Cu(NO3)2 vara nitrāts

Cu2O vara I oksīds

CuO vara II oksīds

I strāvas stiprums

k elektroķīmiskais ekvivalents

NH3 amonjaks

NH3·H2O amonjaka šķīdums ūdenī

pH ūdeņraža potenciāls

piel. pielikums

S laukums

t laiks

T temperatūra

U spriegums

V tilpums

zīm. zīmējums

Zn cinks

Zn(NO3)2 cinka nitrāts

ZnO cinka oksīds

ρ blīvums

Page 5: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

5

SATURS

IEVADS...........................................................................................................................................5

1. LITERATŪRAS APSKATS .......................................................................................................7

2. MATERIĀLI UN METODES ...................................................................................................12

2.1.Izmantotie materiāli un iekārtas ...............................................................................................12

2.2 Metodes....................................................................................................................................13

2.2.1. Pamatņu izgatavošana ......................................................................................................13

2.2.2. Sākumslāņa uzklāšana .....................................................................................................14

2.2.3. Pamatņu apdedzināšana ...................................................................................................15

2.2.4. Hidrotermālā sintēze ........................................................................................................16

2.2.5. Vara I oksīda plēves hidrotermālā sintēze .......................................................................17

2.2.6. Vara I oksīda plēves pārklāšana uz ZnO nanostruktūrām ..............................................18

2.2.7 Vara I oksīda plēves pārklāšana uz planāriem elektrodiem..............................................19

3. REZULTĀTI UN ANALĪZE ....................................................................................................20

4. SECINĀJUMI............................................................................................................................23

5. LITERATŪRAS SARAKSTS ...................................................................................................24

6. PATEICĪBAS ............................................................................................................................26

PIELIKUMI ...................................................................................................................................27

Page 6: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

6

IEVADS

Viena no aktuālajām mūsdienu problēmām ir tādu ierīču izveidošana, kuras pārveido saules

enerģiju elektriskajā. Šodien saules bateriju pamattrūkums ir to augstā pašizmaksa un zems

lietderības koeficients. Tāpēc eksistē interese par lētu, efektīvu un stabilu ekspluatācijā saules

bateriju izstrādāšanu. Lai to īstenotu, ir nepieciešams jauns, perspektīvs un fotoaktīvs materiāls.

Tādi materiāli var būt cinka oksīds un vara I oksīds, kā arī ZnO/ Cu2O nanokompozītmateriāli. ZnO/

Cu2O heterostruktūru veidošanā ir iespējama p-n pārejas veidošanās, jo ZnO ir n-tipa pusvadītājs ar

aizliegtas zonas platumu 3,36 eV, bet Cu2O ir p-tipa pusvadītājs ar aizliegtas zonas platumu 2,2 eV.

Heterostruktūras ZnO/ vara oksīds var tikt izmantots dažāda tipa gāzu un ķīmisko sensoru

izveidošanai.

Darba mērķis: Iegūt ZnO/ Cu2O heterostruktūras, izmantojot hidrotermālo metodi.

Darba uzdevumi:

1. Apgūt cinka oksīda nanostieņu hidrotermālās sintēzes metodiku.

2. Iegūt Cu2O plānās plēves, izmantojot hidrotermālo metodi;

3. Apgūt vara I oksīda pārklāšanas uz ZnO nanostieņiem metodiku;

4. Izpētīt ZnO/ Cu2O heterostruktūru īpašības.

Page 7: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

7

1. LITERATŪRAS APSKATS

Daži pētnieki [5.] uz pamatnēm ar ITO pārklājumu ieguva nanostieņus ZnO ar epitakses metodi

no šķidras fāzes 400 ºC temperatūrā un ar spiedienu 1 tors. Nanostruktūras ZnO tika pārklātas ar

Cu2O plēvi. Tam tika izmantota elektrolīzes metode un šķīduma sastāvā bija vara sulfāts, pienskābe

un nātrija hidroksīdu izmantoja ph 9-12 veidošanai.

Citi pētnieki [4.] piedāvā izmantot šādas shēmas (sk. 1.1.attēlu) ZnO plēvju iegūšanai ar

turpmāko Cu2O plēves pārklāšanu. ZnO plēvju augšana notika plazmā 600 ºC temperatūrā zem 3,5

toru spiediena .

1.1. att. ZnO pārklāšana ar Cu2O ar 600 ºC. Shēmas avots: [4.]

Vienā no avotiem [9.] tiek apskatīta ZnO plēvju iegūšanas metodika, izmantojot sola-gēla

metodi, kā arī ZnO nanostruktūru iegūšana, izmantojot hidrotermālo metodi no Zn(NO3)2 un

(CH2)6N4 šķīdumiem.

Page 8: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

8

Zīmējumā (sk. 1.2., 1.3. attēlus) ir redzami nanostruktūru augšanas rezultāti ar sintēzes laiku 4

un 6 stundas

1.2. att. Nanostrukturu augšana 4 stundu laikā. Attēla avots:[9.]

1.3. att. Nanostrukturu augšana 6 stundu laikā. Attēla avots: [9.]

Ir darbi [2.], kur pētnieki uz FTO pamatnēm ieguva sākumslāni ZnO, izmantojot magnetronu

uzputināšanas metodi. Pēc tam uz sākumslāņa ar hidrotermālo metodi ieguva ZnO nanostruktūras.

ZnO nanostruktūras tika pārklātas ar Cu2O plēvi. Tam tika izmantota elektrolīzes metode un

šķīduma sastāvā bija vara sulfāts, pienskābe un nātrija hidroksīdu izmantoja ph 9-12 veidošanai (sk.

1.4. attēlu)

Page 9: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

9

1.4. att. ZnO/ Cu2O heterostruktūru veidošana. Shēmas avots: [2.]

Pētnieku darba rezultātus var apskatīt zīmējumā (sk. 1.5. attēlu).

1.5. att. Pētnieku darba rezultāts. Attēla avots:[2.]

Citos avotos pētnieki [3.] uz pamatnēm, kas bija pārklātas ar SnO2, ieguva ZnO slāņus,

izmantojot elektrolīzes metodi. Pēc tam atkal, izmantojot elektrolīzes metodi, ZnO plēves pārklāja

ar Cu2O plēvi (sk. 1.6. attēlu). Arī šie pētnieki noskaidroja, kā temperatūra un šķīduma ph ietekmē

plēvju augšanas rezultātus (sk. 1.7. attēlu).

Page 10: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

10

1.6. att. Plēves slāņi. Attēla avots:[3.]

1.7. att. Temperatūras un pH ietekme uz plēvju augšanu. Attēla avots: [3.]

Ķīnas pētnieki Yuan Yu, Liying Zhang [7.], izmantojot hidrotermālo sintēzi, ieguva mikrosfēras

ar dobumu, kuras sastāv no Cu2O kristāliem (sk. 1.8. attēlu).

1.8. att. Mikrosfēras dobumi. Attēla avots: [7.]

Page 11: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

11

Rakstā [10.] tiek apskatītas Cu2O daudzapvalku mikrosfēru iegūšanas iespējas .

Pētnieki [1.], izmantojot hidrotermālo sintēzi mikroviļņu krāsnī, ieguva CuO mikrosfēras, kuras

var redzēt zemāk attēlā (sk. 1.9. attēlu).

1.9. att. CuO mikrosfēras. Attēla avots:[1.]

Page 12: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

12

2. MATERIĀLI UN METODES

2.1. Izmantotie materiāli un iekārtas

1. tabula

Izmantotās iekārtas

Laboratorijas iekārtas Daudzums

stikla pamatnes ar ITO slāni 8

strāvas avots 1

multimetrs PeakTech 2

dažāda izmēra trauki 5

būvniecības fēns Ferm FHG-2000 1

pHmetrs HANNA HI 98127 1

elektroniskais mikroskops VEGA

TESCAN 1

2. tabula

Izmantotie reaģenti

Reaģenta nosaukums Izplatītājs

Zn(NO3)2

(CH2)6N4 Latvijas ķīmija

NH3·H2O

Cu(NO3)2

C6H12O6

Destilētais ūdens Skolas ķīmijas

laboratorija

Page 13: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

13

2.2 Metodes

2.2.1. Pamatņu izgatavošana

Ar magnetronu uzputināšanas metodi uz stikla pamatnes tika uzklāts ITO slānis (sk. 2.1. attēlu).

2.1. att. Magnetrons – Daugavpils Universitāte – Foto autors: Valentīns Jerockis (20.09.2015.)

Uzputināšana notika argonā, strāvas stiprums 120 mA. Stikla pamatnes daļa planāro elektrodu

iegūšanai tika aizklāta ar masku (sk. 2.2. attēlu).

2.2. att. Stikla pamatnes pārklātas ar ITO slāni – Daugavpils Universitāte – Foto autors: Valentīns

Jerockis (20.09.2015.)

Page 14: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

14

Pēc tam pamatni apdedzināja defektu mazināšanai un caurspīdīguma palielināšanai 450ºC

temperatūrā (sk. 2.3. attēlu).

2.3. att. Stikla pamatnes apdedzināšana – Daugavpils Universitāte – Foto autors: Valentīns

Jerockis (20.09.2015.)

2.2.2. Sākumslāņa uzklāšana

Sākumslāņa uzklāšanas metodika tika izmantota no darba [7]. Izmantojot elektrolīzes parādību,

ūdens šķīdumā Zn(NO3)2, uz pamatnes tika uzklāts cinka sākumslānis uz viena no elektrodiem. (sk.

2.4. attēlu).

2.4. att. Cinka sākumslāņa uzklāšana, izmantojot elektrolīzes metodi – Daugavpils 13. vidusskolas

fīzikas laborotorija – Foto autors: Valērija Verdiņa (02.10.2015.)

Page 15: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

15

I=30mA

U=1,9V

t=2 min.=120s.

S=4 x 13=5,2mm²

ρ =7,1*10-3 kg/m3

Izmantojot Faradeja likumu m=kIt un paralēlskaldņa tilpuma formulu V=Sh, tika aprēķināts

cinka slāņa biezums:

m=0,03*120*3,4*10-7=12,24*10-7 kg

V=m/ρ=12,24*10-7/7100=0,00172*10-7=1,72*10-10m=0,172mm3

V=S*h

h=V/S=0,172/5,2=0,033mm=33µm

2.2.3. Pamatņu apdedzināšana

Pamatņu apdedzināšana tika veikta ar T = 360ºC ar būvniecības fena palīdzību. Pamatņu

temperatūra tika mērīta ar termopāru, kurš tika pieslēgts pie multimetra (sk. 2.5. attēlu).

2.5. att. Pamatnes apdedzināšana - Daugavpils 13. vidusskolas fīzikas laborotorija – Foto autors:

Valērija Verdiņa (02.10.2015.)

Page 16: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

16

2.2.4. Hidrotermālā sintēze

ZnO nanostruktūru hidrotermālā sintēze notika 80 grādos 8 stundu laikā ar šķīduma maiņu pēc 4

stundām. Šāda metodika ir nepieciešama garu un biezu ZnO nanostieņu iegūšanai. Darba šķīduma

sastāvā bija:

Zn(NO3)2, koncentrācija …0.03M/litrs

(CH2)6N4, koncentrācija … 0.2 M/litrs

Atlikusī pamatnes daļas, izņemot elektrodus, tika aizklāta ar masku.

Sintēzes laikā notika šādas reakcijas:

Zn(NO3)2 Zn2++2NO3

(CH2)6N4+6H2O→4NH3+6HCHO

NH3+H2O↔NH3·H2O↔NH +OH−

Zn2++2OH−↔Zn(OH)2 ZnO+H2O

Pēc sintēzes pamatnes tika nomazgātas ar destilēto ūdeni un izžāvētas. Gatavas pamatnes (sk.

2.6. attēlu).

2.6. att. Pamatne pārklāta ar ZnO – Daugavpils 13. vidusskolas fīzikas laborotorija – Foto autors:

Valērija Verdiņa (07.10.2015.)

Page 17: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

17

2.2.5. Vara I oksīda plēves hidrotermālā sintēze

Sākumā tika izpētīts vara oksīda slāņa veidošanās process uz parastas stikla pamatnes.

Hidrotermālajai sintēzei izmantoja šķīdumu ar šādu sastāvu: 0,5 g. cukura, 1 g. Cu(NO3)2 , 1 g.

urotropīna. To visu izšķīdināja 100 g. destilētā ūdens. Šķīdumu pH mainīja no 9,2 līdz 10,5,

pievienojot dažādu 28% amonjaka šķīduma daudzumu. Sintēze notika 75 grādos 30 minūšu laikā.

Laiks tika noteikts eksperimentāli, iegremdējot pēc katrām 10 minūtēm jaunu pamatni.

Līdz ievietošanai šķīduma termostatā, traukā, domājams, notiek šādas reakcijas:

Cu(NO3)2 Cu2+ + 2NO3

(CH2)6 + 6H2O 4NH3 + 6HCNO

NH3 + H2O ↔ NH3*H2O ↔ NH4+ + OH-

Cu2+ + 2OH- ↔ Cu(OH)2

Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2

Kad termostatā trauku uzkarsēja, uz tā sieniņām radās Cu2O ieplakas , bet CuO izkrita

nogulsnējumā.

Rezultātā var redzēt (sk. 2.7. attēlu), ka vara oksīda plēves ir sarkanbrūnā krāsā (iespējams

Cu2O), šajā šķīdumā tas labi veidojas, kad šķīduma pH=9,8. Var atzīmēt, ka trauka dibenā vēl

veidojas nogulsnes melnā krāsā, iespējams CuO.

2.7. att. Ar dažādu pH iegūti CuO slāņi – Daugavpils 13. vidusskolas fīzikas laboratorija – Foto

autors: Valērija Verdiņa (15.11.2015.)

Page 18: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

18

2.2.6. Vara I oksīda plēves pārklāšana uz ZnO nanostruktūrām

Izmantojot augstāk aprakstīto metodiku, pamatne ar planāriem elektrodiem, viens no kuriem ir

pārklāts ar ZnO nanostruktūrām, tika iegremdēta darba šķīdumā tajā brīdī, kad bija gatava iesākties

vara oksīda veidošanās. Tas ir saistīts ar to, ka ZnO ir amfotērais oksīds un ir nepieciešams

minimizēt laiku, kad tas atrodas sārmainā vidē. Arī tika novērots, ka, sildot šķīduma līdz 75

grādiem, to pH nedaudz pazeminās. Biezāku vara oksīda slāņu iegūšanai darba šķīdumu mainīja pēc

30 minūtēm. Sintēzes rezultātus var aplūkot attēlā (sk. 2.8.; 2.9. attēlus).

2.8. att. Sintezes rezultāts – Daugavpils 13. vidusskolas fizikas laboratorija – Foto autors:

Valentīns Jerockis (17.12.2015)

2.9. att. Sintēzes rezultāts - Daugavpils 13. vidusskolas fizikas laboratorija – Foto autors: Valentīns

Jerockis (17.12.2015.)

Page 19: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

19

Attēlā (sk. 2.8. attēlu) ir labi redzams elektrods, kurš pārklāts ar ZnO un elektrods pārklāts ar

vara oksīdu. No otras puses (skat. 2.9.att.) ir redzams vara oksīds, kurš pārklāj abus elektrodus.

Pētījuma ērtībām pie atvērtiem elektrodu kontaktiem ar strāvas vadošo līmi bija pielīmēti vara

elektrodi.

Labākie paraugi tika izpētīti ar elektroniskā mikroskopa VEGA TESCAN palīdzību DU

laboratorijā.

2.2.7. Vara I oksīda plēves pārklāšana uz planāriem elektrodiem

Uz planāriem elektrodiem, izmantojot hidrotermālo metodi (sk. 2.2.5.) tika iegūta vara oksīda

plēve (sk. 2.10. attēlu)

2.10. att. Vara oksīda plēve - Daugavpils 13. vidusskolas fīzikas laborotorija – Foto autors:

Valentīns Jerockis (05.01.2016.)

Page 20: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

20

3. REZULTĀTI UN ANALĪZE

Pielikumā (sk. 1.pielikumu) var redzēt elektroniskās mikroskopijas rezultātus paraugam (sk. 3.1.

attēlu), kas bija darba šķīdumā 7 minūtes vara oksīda iegūšanai . Attēlā ir redzams oksīda plēves

veidošanās sākums uz ZnO nanostruktūrām.

3.1. att. Pārklašana ar vara oksīdu 7 minūšu laikā – Daugavpils 13. vidusskolas fīzikas laborotorija

Foto autors: Valērija Verdiņa (16.12.2015.)

Pielikumā (sk. 2.pielikumu) var redzēt daudz sīku kristalizācijas centru, kuri sāk pārklāt ZnO

nanostruktūras.

Pielikumā (st. 3.pielikumu) var ieraudzīt vara oksīda plēves virsmu, uz kuras ir blīvi izvietotas

mikrosfēras ar diametru no 400 līdz 1000 nanometriem. Aplūkojot attēlu detalizētāk, (sk.

4.,5.pielikumu) var redzēt, ka sfēru virsmas nav gludas. Kā arī ir iespējams, ka šīs mikrosfēras

sastāv no saaugušiem vara oksīda kristāliem. Dažās mikrosfērās var redzēt caurumus, kas liecina

par to, ka iekšā var būt dobumi. Šie rezultāti sakrīt ar rezultātiem, ko ieguva Ķīnas pētnieki [7.] un

citi [10.], analizējot oksīda plēves krāsu, kā arī salīdzinot plēves morfoloģiju ar pētījuma [7., 10., 1.]

rezultātiem, var secināt, ka plēve sastāv no vara I oksīda. Kaut gan precīzus rezultātus var dot tikai

rentgenostruktūras analīze. Tika veikta iegūto heterostruktūru mikroanalīze, kura liecināja, ka

paraugi sastāv no vara, cinka un skābekļa atomiem (sk. 6. pielikumu).

Page 21: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

21

Tika izpētīta vara oksīda plēves pretestības atkarība no apgaismojuma. Var secināt, ka plēves

pretestība samazinās ar apgaismojuma pieaugumu (sk. 3.2.attēlu). Interesants fakts ir atklāts plēves

apgaismojuma laikā caur sarkaniem, dzelteniem un zaļiem gaismas filtriem. Plēves pretestība sāk

būtiski mainīties (no 40 līdz 36 MΩ) tikai ar apgaismojumu caur dzelteniem un zaļiem gaismas

filtriem. Ar apgaismojumu caur sarkanu gaismas filtru pretestība būtiski nemainās (no 40 līdz 39,5

MΩ). Vara I oksīda aizliegtās zonas platums ir 2-2,2eV (zaļās gaismas fotons), bet vara II oksīdā ir

1,25 eV ( infrasarkanās gaismas fotons), tad var vēlreiz pārliecināties, ka plēve sastāv galvenokārt

no vara I oksīda. Iegūto Cu2O plēvi uz planāriem elektrodiem var ieteikt izmantot kā fotorezistoru.

No plēves ZnO/ Cu2O tika iegūts VA raksturojums (sk. 3.3.attēlu). Analizējot VA raksturojumu,

var secināt, ka plēvē eksistē p-n pāreja. Ir redzams, ka raksturojums nav ideāls defektu dēļ, bet kad

šo plēvi ievietoja saules simulatora kamerā, uz kontaktiem tika iegūta foto EDS 2mV.

3.2. att. Pretestības atkarībā no apgaismojuma. Attēlu izveidoja Valentīns Jerockis.

Page 22: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

22

3.3. att. Plēves ZnO/ Cu2O VA raksturojums. Attēlu izveidoja Valentīns Jerockis.

No visa iepriekš minētā var secināt, ka ZnO/ Cu2O plēvju iegūšanas hidrotermālā metode ir

perspektīva, bet veicot attiecīgus uzlabojumus, var iegūt labus rezultātus.

Grūtības darba gaitā: ilgu laiku neizdevās pārklāt ZnO plēvi ar vara I oksīda plēvi, jo notika

ZnO plēves izšķīšana sārmainā vidē. Tāpēc ZnO nanostruktūras tika iegūtas biezas un garas.

Turklāt s ir jābūt stingrai kontrolei sintēzes laikā, kad Cu2O tiek pārklāts uz ZnO, lai minimizētu

oksīda cinka atrašanās laiku sārmainā vidē.

Page 23: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

23

4. SECINĀJUMI

1. Ir apgūta cinka oksīda nanostieņu hidrotermālās sintēzes metodika. Sintēzes laiks 80 grādu

temperatūrā ir 8 stundas.

2. Ir iegūtas Cu2O plānās plēves, izmantojot hidrotermālo metodi, fotoaktivitātes izpētīšana

paradīja, ka plēves pretestība samazinās līdz ar apgaismojuma pieaugumu.

3. Ir izstrādāta vara I oksīda plēves pārklāšanas metodika uz ZnO nanostieņiem. Vislabākā

pārklašana notika 75 grādu temperatūrā un pH līmenis bija 9,8 un šķīdumu vajag mainīt trīs

reizes ik pēc katram 30 minūtēm.

4. Ir izpētītas ZnO/Cu2O heterostruktūru īpašības:

ar elektronisko mikroskopu ir izpētīts plēvju augšanas process un morfoloģija;

pēc Cu2O pleves augšanas 7 minušu laikā var redzēt daudz sīku kristalizācijas

centru, kuri sāk pārklāt ZnO nanostruktūras; pēc Cu2O pleves augšanas 1.5 stundu

laikā var ieraudzīt vara oksīda plēves virsmu, uz kuras ir blīvi izvietotas

mikrosfēras ar diametru no 400 līdz 1000 nanometriem.

ir iegūts VA raksturojums; VA raksturojums liecinā par p-n parejas eksistenci.

ir izpētīta ZnO/Cu2O heterostruktūras fotoaktivitāte, kur foto EDS 2mV.

iegūto Cu2O plēvi uz planāriem elektrodiem var ieteikt izmantot kā fotorezistoru.

Page 24: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

24

5. LITERATŪRAS SARAKSTS

1. Ha-Chul Song, Seong-Hun Park, and Young-Duk Huh, 2007, Fabrication of Hierarchical

CuO Microspheres. (07.05.2015)

http://journal.kcsnet.or.kr/main/j_search/j_download.htm?code=B070326

2. Ke Cheng, Qianqian Li, Jian Meng, Xiao Han, Yangqing Wu, Shujie Wang, Lei Qian,

Zuliang Du, 20 April 2013, Interface engineering for efficient charge collection in

Cu2O/ZnO heterojunction solar cells with ordered ZnO cavity-like nanopatterns, Key

Laboratory for Special Functional Materials, Henan University, Kaifeng 475004, People's

Republic of China. (27.09.2015)

http://lab.henu.edu.cn/uploadfile/pdf/2013-9/20139917816390.pdf

3. Sangsink Geong, Alberto Mittiga, E. Salza, A. Masci, Stefano Passerini, 2007,

Electrodeposited ZnO/Cu2O heterojunction solar cells, Agency for the New Technologies,

Energy and the Environment (ENEA), Casaccia Research Center, Via Anguillarese 301,

00123 Rome, Italy. (15.04.2015)

https://www.researchgate.net/publication/222775801_Electrodeposited_ZnOCu2O_heteroju

nction_solar_cells

4. SeongHo Jeong, August 2010, Thin zinc oxide and cuprous oxide films for photovoltaic

applications. (13.10.2015)

https://conservancy.umn.edu/bitstream/handle/11299/96486/Jeong_umn_0130E_11292.pdf?

sequence=3

5. Seung Ki Baek, Ki Ryong Lee, and Hyung Koun Cho, 21 August 2013, Oxide p-n

Heterojunction of Cu2O/ZnO Nanowires and Their Photovoltaic Performance. (20.05.2015)

Page 25: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

25

http://www.hindawi.com/journals/jnm/2013/421371/

6. Xiaolong Deng, Qiang Zhang, Qinqin Zhao, Lisha Ma, Meng Ding, and Xijin Xu, 2015

January 22, Effects of architectures and H2O2 additions on the photocatalytic performance of

hierarchical Cu2O nanostructures. (16.10.2015)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4311901/

7. Yuan Yu, Liying Zhang, Jian Wang, Zhi Yang, Mingce Long, Nantao Hu and Yafei Zhang,

2012, Preparation of hollow porous Cu2O microspheres and photocaralytic activity under

visible light irradiation. (29.09.2015)

http://www.nanoscalereslett.com/content/7/1/347

8. Antons Jevdokimovs, Boriss Manošins, 2014, Cinka oksīda nanostieņu augšanas pētīšana,

Daugavpils 13. vidusskola. (17.04.2015.)

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxkcGlsc

zEzdnN8Z3g6NDIyNzcwYjY0Y2JiMmU0Ng

9. Подрезова Леся Владимировна, 2013, Получение и исследование

наноструктурированных слоёв на основе оксидных проводников, Казахский

Национальный Технический университет имени К. И. Сатпаева. (09.09.2015)

http://www.kaznu.kz/content/files/pages/folder10302/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%8

1%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD

%D0%B0%D1%8F%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0%20%

D0%9F%D0%BE%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%BE%

D0%B9%20%D0%9B.%D0%92..pdf

10. Cивов Роман, 18 июля 2010, Полые наноматериалы с многоуровневой внутренней

структурой. (19.09.2015)

http://www.nanometer.ru/2010/07/15/12791485338975_215354.html

Page 26: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

26

6. PATEICĪBAS

Darba autori izsaka pateicību darba vadītājam Jūrijam Kostjukevičam un arī DU fizikas

laboratorijas zinātniskajiem darbiniekiem Andrejam Ogurcovam, Vjačeslavam Gerbrederam par

iespēju izmatot aparatūru, kā arī par konsultatīvo palīdzību darba izstrādes procesā.

Page 27: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

27

PIELIKUMI

1. pielikums

Pārklašāna ar vara oksīdu 7 minušu laikā. Attēla avots: Daugavpils Universitāte; elektroniskais

mikroskops VEGA TESCAN.

Page 28: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

28

2. pielikums

Pārklāšana ar vara oksīdu 7 minušu laika. Attēla avots: Daugavpils Universitāte; elektroniskais

mikroskops VEGA TESCAN.

Page 29: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

29

3. pielikums

Vara oksīda plēves ar blīvi izvietotām mikrosfērām. Attēla avots: Daugavpils Universitāte;

elektroniskais mikroskops VEGA TESCAN.

Page 30: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

30

4. pielikums

Vara oksīda plēves ar blīvi izvietotām mikrosfērām. Attēla avots: Daugavpils Universitāte;

elektroniskais mikroskops VEGA TESCAN.

Page 31: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

31

5. pielikums

Vara oksīda plēves ar blīvi izvietotām mikrosfērām. Attēla avots: Daugavpils Universitāte;

elektroniskais mikroskops VEGA TESCAN.

Page 32: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

32

6. pielikums

Spectrum processing :

Peaks possibly omitted : 0.255, 6.749 keV

Processing option : All elements analyzed (Normalised)

Number of iterations = 3

Standard :

O SiO2 10-Jan-2008 03:34 PM

Cu Cu 1-Jūn-1999 12:00 AM

Zn Zn 1-Jūn-1999 12:00 AM

Element Weight

%

Atomic

%

O K 21.57 52.32

Cu K 65.73 40.14

Zn K 12.70 7.54

Totals 100.00

Heterostruktūru mikroanalīze. Attēla avots: Daugavpils

Universitāte.

Page 33: ZnO/ Cu2O heterostruktūru iegūšana un izpētīšana

33