$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

마이크로파 수열합성법을 이용한 알루미늄이 도핑된 산화아연 합성 및 그 광학적 특성
Synthesis of Al-Doped ZnO by Microwave Assisted Hydrothermal Method and its Optical Property 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.2, 2015년, pp.1555 - 1562  

현미호 (충북대학교 공과대학 공업화학과) ,  강국현 (충북대학교 공과대학 공업화학과) ,  이동규 (충북대학교 공과대학 공업화학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

금속 산화물 반도체는 독특한 전기 광학적 특성, 높은 표면적 등으로 인해 태양전지, 센서, 광소자 및 디스플레이 등 여러 분야에 걸쳐 응용되고 있다. 금속 산화물 가운데 우수한 물리 화학적 특성을 가지는 산화아연은 3.37 eV의 넓은 밴드갭 에너지와 60 meV의 큰 엑시톤 결합에너지를 갖는 n-형 반도체로서 산화아연에 양이온을 도핑하여 전기 광학적 특성을 보완하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 알루미늄이 도핑 된 산화아연을 마이크로파 수열합성법으로 합성하였다. 전구체의 종류와 몰 비 등반응 변수를 조절하여 최적의 결정형상과 광학적 특성을 갖는 산화아연을 합성하였으며, 알루미늄을 도핑하여 광학적 특성 변화를 시도하였다. 합성된 입자는 SEM, XRD, PL, UV-Vis 분광기 및 EDS 등의 기기분석을 통해 광학적, 물리 화학적 특성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Metal oxide semiconductors have been applied in several areas, such as solar cells, sensor, optical elements and displays, due to the high surface area, unique electrical and optical characteristics. Zinc oxide among the metal oxide has excellent physicochemical properties. Zinc oxide is a n-type se...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 4. 마이크로파 수열합성법을 통하여 짧은 시간에 간단한 방법으로 알루미늄이 도핑 된 산화아연 입자를 합성하였다. 자외선 가시광선 분광법과 광 발광측정 분석 결과 광학적 특성의 최적 조건은 질산아연 육수화물과 헥사메틸렌테트라민의 비율이 5:1 일 때, 알루미늄이 5 wt%가 되도록 첨가하는 것이다.
  • 마이크로파를 이용한 수열합성법으로 알루미늄이 도핑 된 산화아연 입자를 합성하였고, 합성에 사용된 전구체의 종류와 전구체의 비율, 도핑 된 알루미늄 양 등의 변수에 따른 특성에 따라 분석된 결과를 통해 다음과 같은 결론을 낼 수 있었다.
  • , Japan)를 이용하고, 광 흡수 특성을 확인하기 위해 자외선 가시광선 분광기 (UV-vis Spectrophotometer, PDA UV 3100, SCINCO, Korea)를 사용하여 각각의 흡수 파장과 흡광도를 측정하였다. 발광 특성을 알아보기 위해 광루미네선스 (Optical Spectrum Analyzer, Optical Spectrum Analyzer, Fluoro Mate FS-2, SCINCO, Korea)를 통해 분석을 실시하였다.
  • 본 논문에서 마이크로파 수열합성법을 이용하여 알루미늄이 도핑 된 산화아연 입자를 합성하였다. 전구체로 질산아연과 아세트산아연을 이용하였으며 수산기의 제공과 침전제로 헥사메틸렌테트라민을 사용하여 합성하였다.
  • 알루미늄이 도핑 된 산화아연 입자의 형상을 확인하기 위해 주사 전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope, Model LEO-1530FE, Hitachi Co., Japan)을 이용하였다. 합성된 물질의 결정성은 X선 회절 분석기 (X-Ray Diffractometor, Model D8 Discover with GADDS, Bruker AXS.
  • 알루미늄이 도핑된 산화아연은 동일한 실험방법 하에서, 질산알루미늄 구수화물을 아연대비 1, 3, 5, 7, 10 wt%가 되도록 조절하고 아연 전구체 용액에 헥사메틸렌테트라민과 동시에 첨가하여 합성하였다.
  • , Japan)을 이용하였다. 합성된 물질의 결정성은 X선 회절 분석기 (X-Ray Diffractometor, Model D8 Discover with GADDS, Bruker AXS., USA)로 분석하였고 그 결과는 JCPDS (Joint Commitee on Powder Diffaction Standards) 카드를 이용하여 확인하였다. 합성물의 구성 원소를 확인하기 위해 원소분석기(Energy Dispersive Spectroscopy Mapping, S-2500C, hitachi Co.
  • 전구체로 질산아연과 아세트산아연을 이용하였으며 수산기의 제공과 침전제로 헥사메틸렌테트라민을 사용하여 합성하였다. 합성된 입자를 자외선 가시광선 분광기와 광루미네선스를 사용하여 분석 한 뒤 자외선 영역에서 가장 높은 값을 갖는 입자의 조건을 찾고, 이 조건에서 알루미늄을 도핑하여 광학적 특성 변화를 확인하였다.
  • , USA)로 분석하였고 그 결과는 JCPDS (Joint Commitee on Powder Diffaction Standards) 카드를 이용하여 확인하였다. 합성물의 구성 원소를 확인하기 위해 원소분석기(Energy Dispersive Spectroscopy Mapping, S-2500C, hitachi Co., Japan)를 이용하고, 광 흡수 특성을 확인하기 위해 자외선 가시광선 분광기 (UV-vis Spectrophotometer, PDA UV 3100, SCINCO, Korea)를 사용하여 각각의 흡수 파장과 흡광도를 측정하였다. 발광 특성을 알아보기 위해 광루미네선스 (Optical Spectrum Analyzer, Optical Spectrum Analyzer, Fluoro Mate FS-2, SCINCO, Korea)를 통해 분석을 실시하였다.

대상 데이터

  • 전구체로 질산아연 육수화물과 아세트산아연 이수화물 중 하나를 각각 증류수와 혼합하여 0.0025 ∼ 0.035 mol이 첨가된 용액 50 mL을 만들고, 헥사메틸렌테트라민 0.005 mol 이 포함된 50 mL의 용액을 각각 준비한다.
  • 본 논문에서 마이크로파 수열합성법을 이용하여 알루미늄이 도핑 된 산화아연 입자를 합성하였다. 전구체로 질산아연과 아세트산아연을 이용하였으며 수산기의 제공과 침전제로 헥사메틸렌테트라민을 사용하여 합성하였다. 합성된 입자를 자외선 가시광선 분광기와 광루미네선스를 사용하여 분석 한 뒤 자외선 영역에서 가장 높은 값을 갖는 입자의 조건을 찾고, 이 조건에서 알루미늄을 도핑하여 광학적 특성 변화를 확인하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산화아연은 어디에서 사용되는가? 최근 전자·정보통신 산업의 급속한 발달로 금속 산화물 반도체의 광학적, 전기적 특성의 응용기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 금속 반도체 중 산화아연은 무독성, 물리적·화학적 안정성 및 광학적 특성 등으로 인해 안료, 촉매, 의약품 및 고무산업 등에 사용되어 왔으며, 최근에는 가스·바이오·화학센서 및 단파장 광학 기기와 같은 다양한 기능성 소재로 활용되고 있다. 특히 결정학적 특성이 이미 상용화된 질화갈륨(GaN)과 유사하여 LED의 소재 및 투명 전도성 산화물의 형태로 값비싼 투명전극재료의 대체물질로서 연구가 활발히 진행되고 있다[1,2].
산화아연의 가열방법에는 무엇이 있는가? 합성법은 열 증발법(thermal evaporation), 졸-겔법(sol-gel method), 수열합성법(hydrothermal method) 등 다양한 방법이 이용되고 있으며, 수열합성법은 첨가제의 용해가 쉽고 비교적 저온에서 산화아연을 합성 할 수 있다는 장점을 지닌다. 가열방법으로는 가스로나 전열로, 마이크로파 등을 이용하는 방법이 있다. 마이크로파를 이용한 합성법은 진동하는 극성 분자를 이용하여 에너지를 전달하는 것으로 마이크로파 에너지는 분자구조의 결합 에너지보다 낮기 때문에 구조에는 영향을 미치지 않고 금속 산화물 입자 형성을 촉진한다는 장점이 있어 연구가 활발히 진행되고 있다[8,9].
산화아연의 결정 결함 원인에는 어떤 것들이 있는가? 자외선 외의 관찰되는 가시광선 영역의 방출은 산화아연 내의 결정결함에 의한 것으로, 결정결함은 구조 내 이온의 결핍이나 불순물의 첨가로 발생한다. 결함의 원인에 따라 방출하는 가시광선의 영역이 변화하며, 각각의 결함 원인은 산소 공극, 아연 침입, 아연 원자 결함, 산소 원자 결함, 산소 원자 침입 등에 의한 것으로 알려져 있다[5].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (22)

  1. D. C. Look, J. W. Hemsky, J. R. Sizelove, "Residual Native Shallow Donor in ZnO", Physical Review Letters, 82, pp. 2552-2555, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2552 

  2. Q. Zhang, T. P. Chou, B. Russo, S. A. Jenekhe, G. Cao, "Aggregation of ZnO Nanocrystallites for High Conversion Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells", Angew. Chem. Int Ed, 120, 13, pp. 2436-2440, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/ange.200704919 

  3. H. Zhang, D. YangT, S. Li, X. Ma, Y. Ji, J. Xu, D. Que, "Controllable Growth of ZnO Nanostructures by Citric Acid Assisted Hydrothermal Process", Materials Letters, 59, 13, pp. 1696-1700, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.056 

  4. Z. Liu, Q. Zhang, Y. Li, H. Wangb, "Solvothermal synthesis, photoluminescence and photocatalytic properties of pencil-like ZnO microrods", Journal of Physics and Chemistry of Solids, 73, 5, pp. 651-655. 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jpcs.2012.01.003 

  5. R. Elilarassi, G. Chandrasekaran, "Microstructural and photoluminescence properties of Co-doped ZnO films fabricated using a simple solution growth method", Materials Sciencein Semiconductor Processing, 14, 2, pp. 179-183, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.mssp.2010.11.001 

  6. T. Sahoo, S. K. Tripathy, Y. T. Yu, H. K. Ahn, D. C. Shin, I. H. Lee, "Morphology and crystal quality investigation of hydrothermally synthesized ZnO micro-rods", Materials Research Bulletin, 43, 8, pp. 2060-2068, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2007.09.011 

  7. M. K. Tsaia, C. C. Huanga, Y. C. Leea, C. S. Yangb, H. C. Yub, J. W. Leec, S. Y. Hud, C. H. Chene, "A study on morphology control and optical properties of ZnO nanorods synthesized by microwave heating", Journal of Luminescence, 132, 1, pp. 226-230. 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.08.008 

  8. K. H. Kang, D. K. Lee, "Synthesis and Characteristics of Magnesium Hydroxide using Microwave", K. J. Met. Mater., 51, 1, pp. 77-82, 2012. 

  9. S. Makhluf, R. Dror, Y. Abramovich, R. Jelinek, A. Gedanken, "Microwave-Assisted synthesis of Nanocrystalline MgO and its use as a bacteriocide", Adv. Funct. Mater, 15, 10, pp. 1708-1715, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/adfm.200500029 

  10. B. Liu, H. C. Zeng "Hydrothermal Synthesis of ZnO Nanorods in the Diameter Regime of 50 nm", J. of American Chemical Societym, 125, 15, pp. 4430-4431, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/ja0299452 

  11. N. F. Hamedani, F. Farzaneh, "Synthesis of ZnO Nanocrystals with Hexagonal (Wurtzite) Structure in Water Using Microwave Irradiation", J. Sci. I. R. Iran, 17, 3, pp. 231-234, 2006. 

  12. Z. Zhu, D. Yang, H. Liu "Microwave-assisted hydrothermal synthesis of ZnO rod-assembled microspheres and their photocatalytic performances", Advanced Powder Technology, 22, 4, pp. 493-497, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apt.2010.07.002 

  13. B. O. Park, K. H. Ko, and J. H. Lee, "Electrical and optical properties of ZnO transparent conducting films by the sol-gel method", J. cryst. Growth, 247, 1, pp. 119-125, 2003. 

  14. K. H. Kang, J. S. Choi, J. H. Lee, D. K. L, "Synthesis and Characterizations of Manganese and Iron Dopped Titania Pigment", J. of Korean Oil Chemists' Soc., 29, 3, pp. 393-401, 2012. 

  15. R. Romeo, D. Leinen, E. A. Dachiele, J. R. Ramos-Barrado, F. Martin, "The effects of zinc acetate and zinc chloride precursors on the preferred crystalline orientation of ZnO and Al-doped ZnO thin films obtained by spray pyrolysis", Thin Solid Films, 515, 4, pp. 1942-1949, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2006.07.152 

  16. M. Mazilua, N. Tigaua, V. Musata "Optical properties of undoped and Al-doped ZnO nanostructures grown from aqueous solution on glass substrate", Optical Materials, 34, 11, pp. 1833-1838, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2012.05.010 

  17. W. W. Guo, T. M. Liu, L. Huang, H. J. Zhang, Q. Zhou, W. Zeng, "HMT assisted hydrothermal synthesis of various ZnO nanostructures: Structure, growth and gas sensor properties", Physica E, 44, 3, pp. 680-685, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.physe.2011.11.008 

  18. Z. Chen,L. Gao, "A facile route to ZnO nanorod arrays using wet method", Jouranl of Crystal Growth, 293, 2, pp. 522-527, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2006.05.082 

  19. R. Elilarassin, G. Chandrasekaran, "Microstructural and phtolumin- scence properties of Co-doped ZnO films fabricated using a simple solution growth method", Mat. Sci. Semicon. proc., 14, 2, pp. 179-183, 2011. 

  20. M. H. Carlberg, V. Chirita, E. P. Munger, "Defects and energy accommodation in epitaxial sputter deposited Mo/W superlattices studied by molecular dynamics", Thin Solid Films, 317, 1, pp. 10-13, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6090(97)00653-6 

  21. R. Elilarassin, G. Chandrasekaran, "Microstructural and phtolumin- scence properties of Co-doped ZnO films fabricated using a simple solution growth method", Mat. Sci. Semicon. proc., 14, 2, pp. 179-183, 2011. 

  22. M. Wanga, K. E. Lee, S. H. Hahn, E. J. K, S. Kim, J. S. Chung, E. W. Shin, C. Park "Optical and photoluminescent properties of sol-gel Al-doped ZnO thin films" Materials Letters, 61, 4, pp. 1181-1121, 2007. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

FREE

Free Access. 출판사/학술단체 등이 허락한 무료 공개 사이트를 통해 자유로운 이용이 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로