ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛОВ ZnSxSe1-x, СИНТЕЗИРОВАННЫХ МЕТОДОМ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА

Евгений Георгиевич Плахтий; Василий Сергеевич Захвалинский

doi:10.52575/2687-0959-2022-54-1-52-59

Авторы

Евгений Георгиевич Плахтий Белгородский государственный национальный исследовательский университет http://orcid.org/0000-0003-3805-5026
Василий Сергеевич Захвалинский Белгородский государственный национальный исследовательский университет http://orcid.org/0000-0001-7055-8243

DOI:

https://doi.org/10.52575/2687-0959-2022-54-1-52-59

Аннотация

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получены нанокристаллы твердых растворов ZnSxSe1-x. Полученная шихта представляет собой объединение нанокристаллов и поликристаллов. Поликристаллы образуются из-за высокой температуры реакции и невозможности мгновенного отведения тепла. Присутствует нелинейная зависимость заложенной шихты до синтеза и полученного после синтеза порошка. Рассчитаны размеры нанокристаллов ZnSxSe1-x методом Дебая – Шеррера. Максимальные размеры составили для сульфида и селенида цинка 80 ± 5 нм и для всех остальных составов 60 ± 5 нм. Полученные нами степени микронапряжения и плотности дислокаций в нанокристаллах ZnSxSe1-x характерны для однородных составов с высоким совершенством кристаллической структуры. Нанокристаллы для всех параметров x характеризуются присутствием гексагональной и кубической фазы. При уменьшении параметра x в нанокристаллах твердых растворов ZnSxSe1-x доля кубической фазы возрастает. Локальное окружение примесных ионов Mn2+ зависит от состава твердого раствора. В ZnSxSe1-x состава 0.4 ≤ x ≤ 1 ионы Mn2+ окружены ионами серы с константой сверхтонкой структуры A = 6.88÷6.91 мТл, а в составах с x ≤ 0.2 ионы Mn2+ находятся в окружении ионов селена с константой сверхтонкой структуры = 6.55 мТл. В неосвещенных нанокристаллах ZnSxSe1-x составов 0.8 ≤ x ≤ 1 присутствует одиночная линия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) ионов Cr+ с фактором g = 1.9998.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Евгений Георгиевич Плахтий, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

соискатель кафедры теоретической и экспериментальной физики института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета
г. Белгород, Россия

Василий Сергеевич Захвалинский, Белгородский государственный национальный исследовательский университет

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета
г. Белгород, Россия

Библиографические ссылки

Ahmed N., Darwish S., Alahmari A.M. 2016. Laser ablation and laser-hybrid ablation processes: a review. Materials and Manufacturing Processes, 31(9): 1121-1142.

Ardekani S.R., Aghdam A. S. R., Nazari M., Bayat A., Yazdani E., Saievar-Iranizad E. 2019. A comprehensive review on ultrasonic spray pyrolysis technique: Mechanism, main parameters and applications in condensed matter. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 141: 104631.

Aviles M. A., Gotor F. J. 2021. Tuning the excitation wavelength of luminescent Mn2+-doped ZnSxSe1-x obtained by mechanically induced self-sustaining reaction. Optical Materials, 117: 111121.

Bacherikov Yu. Yu., Baran N. P., Vorona I. P., Gilchuk A. V., Zhuk A. G., Polishchuk Y. O., Korsunska N. E. 2017. Structural and optical properties of ZnS: Mn micro-powders, synthesized from the charge with a different Zn/S ratio. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (12): 8569-8578.

Brahim T., Bouazra A., Said M. 2021. Temperature, hydrostatic pression and composition x effects on intersubband energy levels in ZnSe / ZnSxSe1-x core–shell quantum dot. Optik, 225: 165860.

Bulaniy M. F., Kovalenko A. V., Morozov A. S., Khmelenko O. V. 2017. Obtaining of nanocrystals ZnS: Mn by means of self-propagating high-temperature synthesis. Journal of Nano-and Electronic Physics, 9 (2): 2007-1.

ChenD.,Wang A., Buntine M. A., Jia G. 2019. RecentAdvances in Zinc - Containing Colloidal Semiconductor Nanocrystals for Optoelectronic and Energy Conversion Applications. Chem Electro Chem, 6(3): 4709-4724.

Chiu H.-C., Yeh C.-S. 2007. Hydrothermal synthesis of SnO2 nanoparticles and their gas-sensing of alcohol. The Journal of Physical Chemistry C, 111 (20): 7256-7259.

Chukavin A. I., Valeev R. G., Beltiukov A. N. 2019. Observation of excitons at room temperature in ZnSxSe1-x nanostructures embedded in a porous Al2O3 template. Materials Chemistry and Physics, 235: 121748

Fang X., Zhai T., Gautam U.K., Li L.,Wu L., Bando Y., Golberg D. 2011. ZnS nanostructures: from synthesis to applications. Progress in Materials Science, 56(2): 175-287.

Ivashchenko M. M., Buryk, I. P., Opanasyuk, A. S., Nam, D., Cheong, H., Vaziev, J. G., Bibyk, V. V. 2015. Influence of deposition conditions on morphological, structural, optical and electro-physical properties of ZnSe films obtained by close-spaced vacuum sublimation. Materials Science in Semiconductor Processing, 36(13-19).

Kovalenko А. V., Plakhtii Y. G., Khmelenko О. V. 2018. The peculiarities of the properties of ZnSxSe1-x nanocrystals obtained by self-propagating high-temperature synthesis. Functional materials, 4: 665 - 669.

Kovalenko A. V., Plakhtii Y. G., KhmelenkoO. V. 2019. Research of photoluminescence spectra of ZnSxSe1-x: Mn nanocrystals obtained by method of self-propagation high-temperature synthesis. Journal of nano-and electronic physics, 11(4): 04031-1-04031-5.

Kozitskii S. V., Pisarskii V. P., Ulanova O. O. 1998. Structure and phase composition of zinc sulfide produced by self-propagating high-temperature synthesis. Combustion, Explosion and Shock Waves, 34(1): 34-39.

Levashov E. A. Mukasyan A. S., Rogachev A. S., Shtansky D. V. 2017. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. International Materials Reviews, 62(4): 203-239.

Lee G. J., Wu J. J. 2017. Recent developments in ZnS photocatalysts from synthesis to photocatalytic applications – A review. Powder technology, 318: 8-22.

Liu G., Chen K., Li J. 2018. Combustion synthesis: An effective tool for preparing inorganic materials. Scripta Materialia, 157: 167-173.

Liu G., Yuan X., Li J., Chen K., Li Y., Li L. 2016. Combustion synthesis of ZnSe with strong red emission. Materials & Design, 97: 33-44.

Lu J., Liu H., Sun C., Zheng M., Nripan M., Chen G. S., Subodh G. M., Zhang X., Sow C.H. 2012. Optical and electrical applications of ZnSxSe1-x nanowires-network with uniform and controllable stoichiometry. Nanoscale, 4(3): 976-981.

Markov A. A., Filimonov I. A., Poletaev A. V., Vadchenko S. G., Martirosyan K. S. 2013. Generation of charge carriers during combustion synthesis of sulfides. International Journal of Self-Propagating High Temperature Synthesis, 22(2) : 69-76.

Rakshit T., Mandal S., Mishra P., Dhar A., Manna I., Ray S. K. 2012.Optical and bio-sensing characteristics of ZnO nanotubes grown by hydrothermal method. Journal of nanoscience and nanotechnology, 12: 308–315.

Rogachev A. S., Mukasyan A. S. 2015. Combustion for material synthesis: CRC Press Taylor & Francis Group : 398.

Sadekar H. K., Ghule A.V., Sharma R. 2011. Bandgap engineering by substitution of S by Se in nanostructured ZnSxSe1-x thin films grown by soft chemical route for nontoxic optoelectronic device applications. Journal of Alloys and Compounds, 509(18): 5525-5531.

Sirringhaus H., Tessler N., Friend R.H. 1998. Integrated optoelectronic devices based on conjugated polymers. Science, 280(5370): 1741–1744.

Sytschev A. E., Merzhanov A. G. 2004. Self-propagating high-temperature synthesis of nanomaterials. Russian chemical reviews, 73(2) : 147-159.

Taguchi T., Kawakami Y., Yamada Y. 1993. Interface properties and the effect of strain of ZnSe/ZnS strainedlayer superlattices. Physica B: Condensed Matter, 191(1-2): 23-44.

Tian Z., Chen Z., Yuan X., Cui W., Zhang J., Sun S., Liu G. 2019. Preparation of ZnSe powder by vapor reaction during combustion synthesis. Ceramics International, 45 (14): 18135-18139.

Varkey A. J., Fort A. F.. 1993. Some optical properties of silver peroxide (AgO) and silver oxide (Ag2O) films produced by chemical-bath deposition. Solar Energy Materials and Solar Cells, 29(3): 253-259.