ZnO is one of the most attractive transparent conductive oxide (TCO) films because of low toxicity, a wide band gap material and relatively low cost. However, the electrical conductivity of un-doped ZnO is too high to use it as TCO films in practical application. To improve electrical properties of undoped ZnO, transition metal (TM) doped ZnO films such as Al doped ZnO or Ti doped ZnO have been extensively studied. Here, we prepared Ti doped ZnO thin films by atomic layer deposition (ALD) for the application of TCO films. ALD was used to prepare Ti-doped ZnO thin films due to its inherent merits such as large area uniformity, precise composition control in multicomponent thin films, and digital thickness controllability. Also, we demonstrated that ALD method can be utilized for fabricating highly ordered freestanding nanostructures of Ti-doped ZnO thin films by combining with BCP templates, which can potentially used in the photovoltaic applications.
Zinc-oxide (ZnO), II-VI semiconductor with a wide and direct band gap (Eg: 3.2~3.4 eV), is one of the most potential candidates to substitute for ITO due to its excellent chemical, thermal stability, specific electrical and optoelectronic property. However, the electrical resistivity of un-doped ZnO is not low enough for the practical applications. Therefore, a number of doped ZnO films have been extensively studied for improving the electrical conductivities. In this study, Ti-doped ZnO films were successfully prepared by atomic layer deposition (ALD) techniques. ALD technique was adopted to careful control of Ti doping concentration in ZnO films and to show its feasible application for 3D nanostructured TCO layers. Here, the structural, optical and electrical properties of the Ti-doped ZnO depending on the Ti doping concentration were systematically presented. Also, we presented 3D nanostructured Ti-doped ZnO layer by combining ALD and nanotemplate processes.
We have fabricated (Ba,Sr)TiO3$TiO_3$ thick films doped with various amount of ZnBO dopants (1, 3, and 5 wt%) by screen printing method on the alumina substrates, which were sintered at the temperature below $1200^{\circ}C$. With increasing the amount of ZnBO dopants, the relative dielectric permittivity of ZnBO doped (Ba,Sr)$TiO_3$ was decreased, while loss tangent was increased. 1 wt% ZnBO doped (Ba,Sr)$TiO_3$ thick film has relative dielectric permittivity of 759 at 1 MHz, while 3 and 5 wt% of ZnBO doped (Ba,Sr)$TiO_3$ thick films have 624 and 554, respectively. By introducing ZnBO dopants to the (Ba,Sr)$TiO_3$ thick films, leakage current densities were decreased. The decreased leakage current with increasing ZnBO dopants can be explained by increased density and grain size of thick film on alumina substrate. We believe this decreased leakage current density probably come from the increased grain size and increased density.
Photocatalysis has been applied to decompose the waste and toxic materials produced in daily life and in the global environment. Pure $TiO_2$ (Zn-$TiO_2$-0) and Zn-doped $TiO_2$ (Zn-$TiO_2$-x, x = 3-10 mol %) samples were synthesized using a novel sol-gel and ammonia-evaporation method. The Zn-doped $TiO_2$ samples showed high photocatalytic activity for the degradation of methylene blue (MB). The physicochemical properties of the samples were investigated using XRD, SEM, ICP, DLS and BET methods. In addition, the most important measurement of photocatalytic ability was investigated by a UV-vis spectrophotometer. The effects of the mol % of zinc ion doping in $TiO_2$ on photocatalytic activity were studied. Among the mol % Zn ions investigated, the Zn-$TiO_2$-9 sample showed the highest photoreactivity. This sample removed 91.4% of the MB after 4 h, while the pure $TiO_2$ only removed 46.4% of the MB.
In this study, we investigated the biological toxicity of nano-scale Zn (0.1, 0.5, and 1 mol%)-doped $TiO_2$ and pure $TiO_2$ nanoparticles using zebrafish embryogenesis as our model organism. Zn-doped $TiO_2$ nanoparticles were prepared using a conventional hydrothermal method for the insertion of zinc into the $TiO_2$ framework. The characters of Zn-doped $TiO_2$ (0.1%, 0.5%, 1%Zn) and pure $TiO_2$ were about 7~8 nm. These sizes were smaller than 100~200 nm of $TiO_2$ was prepared using the sol-gel method. Particularly, in this study, we found no significant biological toxicity in the hatching rate and abnormal rate under expose pure $TiO_2$ and Zn-doped $TiO_2$ nanoparticles were prepared using a conventional hydrothermal method of zebrafish. It was different from the biological damage under $TiO_2$ nanoparticles were prepared using sol-gel method. We assessed that the damage was not linked to the particle's nanometer size, but rather due to the prepare method. Moreover, $TiO_2$ nanoparticles were prepared using a hydrothermal method were not shown to cause cytotoxic effects, like apoptosis and necrosis, that are the major markers of toxicity in organisms exposed to nanomaterials. Therefore, there is some relationship with biological toxicity of nanoparticles and the prepare method of nanometer size particles.
Zn-doped $TiO_2$ mesoporous microspheres with high photocatalytic activity were synthesized via combined sol-gel and solvothermal methods for photocatalytic water splitting. It is found that the photocatalytic water splitting and photocatalytic degradation activity can be enhanced by doping an appropriate amount of Zn. Our results reveal that Zn doping inhibits the recombination of photo-generated charge carriers of $TiO_2$ and improves the probability of photo-generated charge carrier separation and hence the photocatalytic activity of $TiO_2$.
아연결정유약에 Anatase 형 $TiO_2$에 의해 생성되는 $Zn_2TiO_4$가 효과적인 결정 생성제로 나타났다. 이에 저온에서 생성되는 $Zn_2TiO_4$를 인위적으로 합성하여 유약의 미치는 효과를 규명하였다. 첨가 $Zn_2TiO_4$는 저온에서 생성되는 결정으로 아연결정 W의 핵으로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 합성된 $Zn_2TiO_4$를 유약에 5 wt% 첨가하면 유약 내에 결정생성이 증가하며 안정적으로 유지된다. 특히, $Zn_2TiO_4$ 합성 시 발색제로 CoO, NiO, CuO를 각각 고용시켜 유약에 첨가하면 발색제의 고용효과가 커져 Willemite 결정의 다양한 발색에 큰 효과를 얻을 수 있다.
Nanopowders of titanium dioxide $(TiO_2)$ incorporating the transition metal element(s) were synthesized by flame synthesis method. Single element among Fe(III), Cr(III), and Zn(II) was doped into the interior of $TiO_2$ crystal; bimetal doping of Fe and Zn was also made. The characteristics of transition-metal-doped $TiO_2$ nanopowders in the particle feature, crystallography and electronic structures were determined with various analytical tools. The chemical bond of Fe-O-Zn was confirmed to exist in the bimetal-doped $TiO_2$ nanopowders incorporating Fe-Zn. The transition element incorporated in the $TiO_2$ was attributed to affect both Ti 3d orbital and O 2p orbital by NEXAFS measurement. The bimetal-doped $TiO_2$ nanopowder showed light absorption over more wide wavelength range than the single-doped $TiO_2$ nanopowders.
The electrical conductivity of TiO$_2$doped ZnO was investigated by means of complex impedance measurement and voltage-current source and meaurement unit. The e1ectrical conductivity of TiO$_2$added ZnO was increased with increasing the concentration of TiO$_2$. The calculated relative dielectric constant was decreased with increasing the concentration of TiO$_2$. The increase of electrical conductivity seems to be the effect of TiO$_2$donor doping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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