ZnO nanostructures were developed on a Si (100) substrate from powder mixture of ZnO and 5 mol% Pd (ZP-5) as reactants by ${\times}$ sccm oxygen pressures(x= 0, 10, 20, 40). DTA (differential thermal analysis) result shows the Pd(5 mol%)+ZnO mixtured powder(PZ-5) is easily evaporated than pure ZnO powder. The PZ-5 mixtured powder was characterized by DTA to determine the thermal decomposition which was found to be at $800^{\circ}C$, $1,100^{\circ}C$. Weight loss(%) and ICP (inductively coupled plasma) analysis reveal that Zn vaporization is decreased by increased oxygen pressures from the PZ-5 at $1,100^{\circ}C$ for 30 mins. Needle-like ZnO nanostructures array developed from 10 sccm oxygen pressure, was well aligned vertically on the Si substrate at $1,100^{\circ}C$ for 30 mins. The lengths of the Needle-like ZnO nanostructures is about 2 ${\mu}m$ with diameters of about 65 nm. The developed ZnO nanostructures exhibited growth direction along [001] with defect-free high crystallinity. It is considered that Zn vaporization is responsible for the growth of Needle-like ZnO nanostructures by controlling the oxygen pressures. The photoluminescence spectra of ZnO nanostructures exhibited stronger 376.7 nm NBE (near band-edge emission) peak and 529.3 nm DLE (deep level energy) peak.
In order to increase the energy conversion efficiency of dye-sensitized solar cells (DSSCs), we employed a counter electrode that was platinum coated using a doctor blade technique on synthesized ZnO nanostructures on fluorinedoped tin oxide (FTO). The ZnO nanostructures possessing high electrochemical activity and large surface area of the counter electrode were grown by a chemical bath deposition (CBD) method at various times, 2, 4, and 8 h. The efficiency of DSSC with the Pt-ZnO counter electrode was improved 7.01% (grown for 2 h), 7.63% (grown for 4 h), and 6.13% (grown for 8 h), respectively. Compared with a standard DSSC without ZnO nanostructures, whose efficiency was 6.27%, the energy conversion efficiency increased approximately 22% for the DSSC with the Pt-ZnO (grown for 4 h) electrode. It indicates that the Pt coated on the ZnO nanostructure improves the electrocatalytic activity of the counter electrode.
A metal oxide semiconductor gas sensor is operated by measuring the changes in resistance that occur on the surface of nanostructures for gas detection. ZnO, which is an n-type metal oxide semiconductor, is widely used as a gas sensor material owing to its high sensitivity. Various ZnO nanostructures in gas sensors have been studied with the aim of improving surface reactions. In the present study, the sol-gel and vapor phase growth techniques were used to fabricate nanostructures to improve the sensitivity, response, and recovery rate for gas sensing. The sol-gel method was used to synthesize SnO2 nanoparticles, which were used as the seed layer. The nanoparticles size was controlled by regulating the process parameters of the solution, such as the pH of the solution, the type and amount of solvent. As a result, the SnO2 seed layer suppressed the aggregation of the nanostructures, thereby interrupting gas diffusion. The ZnO nanostructures with a sol-gel processed SnO2 seed layer had larger specific surface area and high sensitivity. The gas response and recovery rate were 1-7 min faster than the gas sensor without the sol-gel process. The gas response increased 4-24 times compared to that of the gas sensor without the sol-gel method.
Bi2O3 doped ZnO nanostructures structure were successfully synthesized by a thermal evaporatiion process and their structural characteristics were investigated. It is demonstrated that the growth condition such as the areal density, pretreatment of the substrates and growth temperature have great influence on the morphology and the alignment of the nanorods arrays. The density of Bi2O3 doped ZnO nanostructures is controlled by the gold (Au) nanoparticle density deposited on the silicon substrates. Relatively homogenous size and shape were observed by introducing gold(Au) seed-layer as nucleation centers on the substrates prior to the VLS reaction. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy.
Well-aligned Zinc oxide (ZnO) nanowires were synthesized on silicon substrates by a carbothermal evaporation method using a mixture of ZnO and graphite powder with Au thin film was used as a catalyst. The XRD results showed that as-prepared product is the hexagonal wurzite ZnO nanostructure and SEM images demonstrated that ZnO nanowires had been grown along the [0001] direction with hexagonal cross section. As-grown ZnO nanowires were coated with glucose oxidase (GOx) for glucose sensing. Glucose converted into gluconic acid by reaction with GOx and two electrons are generated. They transfer into ZnO nanowires due to the electric force between electrons and the positively charged ZnO nanostructures in PBS. Photoluminescence (PL) spectroscopy was employed for investigating the movements of electrons, and the peak PL intensity increased with the glucose concentration and became saturated when the glucose concentration is above 10 mM. These results demonstrate that ZnO nanostructures have potential applications in biosensors.
Kim, So-A-Ram;Nam, Gi-Woong;Kim, Min-Su;Yim, Kwang-Gug;Kim, Do-Yeob; Leem, Jae-Youn
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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pp.250-250
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2011
Zinc oxide (ZnO) structures have great potential in many applications. Currently, the most commonly used method to grow ZnO nanostructres are the vapor transport method (VPT). The morphology of the ZnO structures largely related to the growth conditions, including growth temperature, distance between the substrate and source, and gas ambient. Previously ZnO nanosturecutres with high crystallinity were obtained at the growth temperature of 800$^{\circ}C$, in the argon and oxygen gas ambient. In this study, we report the properties of the ZnO nanostructures, which were synthesized on Au-catalyzed Si substrate by VPT, using a mixture of ZnO and graphite powders as source material under the different condition, including gas ratio of argon/oxygen and distance between substrate and source at the growth temperature of 800$^{\circ}C$. The structural and optical properties of the ZnO nanostructures were investigated by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), and photoluminescence (PL).
The rapid growth of zinc-oxide (ZnO) nanostructures (NSs) on woven carbon fiber (WCF) is reported in this study employing a microwave-aided chemical bath deposition process. The effects of different process parameters such as molar concentration, microwave duration and microwave power on morphologies and growth rate of the ZnO on WCF were studied. Furthermore, an attempt has been taken to study influence of different type of growth solutions on ZnO morphologies and growth rates. The surface functionalization of WCF fabrics is achieved by successful growth of crystalline ZnO on fiber surface in a very short duration through one-step microwave synthesis. The morphological, structural and compositional studies of ZnO-modified WCF are evaluated using field-emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy respectively. Good amount of zinc and oxygen has been seen in the surface of WCF. The presence of the wurtzite phase of ZnO having crystallite size 30-40 nm calculated using the Debye Scherrer method enhances the surface characteristics of WCF fabrics. The UV-VIS spectroscopy is used to investigate optical properties of ZnO-modified WCF samples by absorbance, transmittance and reflectance spectra. The variation of different parameters such as dielectric constants, optical conductivity, refractive index and extinction coefficient are examined that revealed the enhancement of optical characteristics of carbon fiber for wide applications in optoelectronic devices, carbon fiber composites and photonics.
본 논문에서는 순차적 화학기상증착법에 기반하여 다양한 구조적 특성을 갖는 산화아연 나노구조체를 탄소나노튜브 상에 3 차원 혼성구조로 형성하는 공정을 개발하고 그 형성 메커니즘을 논한다. 이어서 나노와이어, 나노로드, 나노플레이트, 다결정 나노박막 등 다양한 형상의 산화아연 나노구조를 온도, 압력, 개스유량 등 주요 파라미터들의 조절을 통해 형성할 수 있음을 보이며, 이의 형성 원리에 대해 기본적인 형성 메커니즘과 연계하여 고찰한다. 본 연구 결과를 통해, 압전 및 광전 에너지변환 특성 등 풍부한 기능성을 보유하되 다소 높은 전기저항을 갖는 산화아연 나노구조체를 다양한 포맷으로 양전도성의 탄소나노튜브와 혼성화 함으로써, 각각의 포맷 별로 특화된 보다 폭넓은 응용 분야로의 활용을 구현해 나갈 수 있을 것이다.
The use of cellulose papers has recently attracted much attention in various device applications owing to their natural advantageous properties of earth's abundance, bio-friendly, large-scale production, and flexibility. Conventional metal oxides with novel structures of nanorods, nanospindles, nanowires and nanobelts are being developed for emerging electronic and chemical sensing applications. In this work, both ZnO (n-type) nanorod arrays (NRAs) and CuO (p-type) nanospindles (NSs) were synthesized on cellulose papers and the p-n junction property was investigated using the electrode of indium tin oxide coated polyethylene terephthalate film. To synthesize ZnO and CuO nanostructures on cellulose paper, a simple and facile hydrothermal method was utilized. First, the CuO NSs were synthesized on cellulose paper by a simple soaking process, yielding the well adhered CuO NSs on cellulose paper. After that, the ZnO NRAs were grown on CuO NSs/cellulose paper via a facile hydrothermal route. The as-grown ZnO/CuO NSs on cellulose paper exhibited good crystalline and optical properties. The fabricated p-n junction device showed the I-V characteristics with a rectifying behaviour.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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