Morphological, structural and optical properties of Mg-doped ZnO nanocrystals synthesized using polyol process

Abstract

У цій роботі, леговані ZnO нанокристали, та легірований Mg (0,5–20,0 ат.%) були синтезовані з використанням поліольного процесу. Також досліджені їх морфологічні, структурні, оптичні властивості, а також їх хімічний склад. Рентгенівська дифракція, передавальна та скануюча електронна мікроскопія, енергодисперсна рентгенографія, Раман та УФ-спектроскопії були використані для ідентифікації ефективного включення атомів Mg у решітку ZnO без утворення вторинних фаз при Mg до 5 ат.%. При більш високому рівні допінгу Mg були виявлені сліди фази Mg(OH)2. Результати виявили зменшення розмірів та погіршення якості кристалів нанокристалів ZnO із збільшенням легування Mg. Нанокристали ZnO втрачають сферичну форму, утворюючи стрижнеподібні та аморфні наноструктури при Mg ≥ 5 ат.%. Раманові спектри підтвердили режими Е2 (високий), Е2 (низький), Е2 (високий) - Е2 (низький), режим А1 (ТО) для недозволених та режим Eu (ТО) для нанокристалів ZnO, легованих Mg. Оптичний зазор знайдено в діапазоні 3,40–3,80 еВ.

В этой работе, легированные ZnO нанокристаллы, и легированные Mg (0,5-20,0 ат.%) Были синтезированы с использованием полиольного процесса. Также исследованы их морфологические, структурные, оптические свойства, а также их химический состав. Рентгеновская дифракция, передающая и сканирующая электронная микроскопия, енергодисперсна рентгенография, Раман и УФ-спектроскопии были использованы для идентификации эффективного включения атомов Mg в решетку ZnO без образования вторичных фаз при Mg до 5 ат.%. При более высоком уровне допинга Mg были обнаружены следы фазы Mg (OH) 2. Результаты выявили уменьшение размеров и ухудшение качества кристаллов нанокристаллов ZnO с увеличением легирования Mg. Нанокристаллы ZnO теряют сферическую форму, образуя стрижнеподибни и аморфные наноструктуры при Mg ≥ 5 ат.%. Раман спектры подтвердили режима Е2 (высокий), Е2 (низкий), Е2 (высокий) - Е2 (низкий), режим А1 (ТО) для неразрешенных и режим Eu (ТО) для нанокристаллов ZnO, легированных Mg. Оптический зазор найдено в диапазоне 3,40-3,80 эВ.

In this work, the undoped and Mg (0.5–20.0 at.%) doped ZnO nanocrystals have been synthesized using the polyol process and their morphological, structural, optical properties as well as chemical composition have been investigated. X-ray diffraction, transmission and scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray, Raman and UV-vis spectroscopies were used to identify effective incorporation of Mg atoms into ZnO lattice without the formation of secondary phases at Mg up to 5 at.%. At higher Mg doping level, Mg(OH)2 phase traces were evidenced. The results have revealed the reduction of sizes and worsening the crystal quality of ZnO nanocrystals with increase of Mg doping. ZnO nanocrystals lose spherical shape forming the rod-like and amorphous nanostructures at Mg ≥ 5 at.%. Raman spectra have confirmed E2 (high), E2 (low), E2 (high) - E2 (low), A1(TO) modes for undoped, and Eu(TO) mode for Mg-doped ZnO nanocrystals. The optical band gap has been found in the range of 3.40–3.80 eV.