Σύνθεση Νανοδομών ZnO σε Υδατικά Διαλύματα και η χρήση τους ως αισθητήρες όζοντος
Ozone sensing properties of ZnO nanostructures grown by the aqueous chemical growth
Kenanakis, George
Κενανάκης, Γιώργος Δημητρίου
Κατσαράκης, Νίκος
Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εναπόθεση νανοδομών οξειδίου του
ψευδαργύρου από υδατικά διαλύματα με στόχο τη μελέτη της απόκρισής τους σε
περιβάλλον όζοντος.
Πρόκειται για μια καινοτόμο και οικονομική τεχνική για την παραγωγή λεπτών υμενίων
και επικαλύψεων οξειδίων μετάλλων σε ήπιες συνθήκες ενώ παράλληλα δίνει τη
δυνατότητα εναπόθεσης σε επιφάνειες μεγάλης κλίμακας. Δίνεται έμφαση σε διάφορες
παραμέτρους της μεθόδου όπως ο χρόνος σύνθεσης, το είδος των υποστρωμάτων
και η οξύτητα των διαλυμάτων.
Τα δείγματα ZnO μελετώνται όσον αφορά τα δομικά τους χαρακτηριστικά και τη
μορφολογία τους, ενώ εξετάζεται η απόκρισή τους σε περιβάλλον όζοντος βάσει
ηλεκτρικών μετρήσεων.
Ανάλογα με τις συνθήκες της εναπόθεσης, τα δείγματα ZnO με κρυσταλλική δομή
wurtzite παρουσιάζουν μορφολογία που ποικίλει από εξαγωνικές νανοράβδους ως
σχηματισμούς λουλουδιών και νανοσωλήνες. Σημαντικές αλλαγές σημειώνονται
επίσης και στις ηλεκτρικές τους ιδιότητες σε θερμοκρασία δωματίου, με την ένταση του
ηλεκτρικού ρεύματος να μεταβάλλεται τρεις με έξι τάξεις μεγέθους μέσω διαδοχικών
σταδίων φωτοαναγωγής και οξείδωσης σε περιβάλλον όζοντος.
Η μέγιστη απόκριση των νανοδομών ZnO σε όζον, η οποία ορίζεται ως το πηλίκο της
έντασης του ρεύματος στο στάδιο της φωτοαναγωγής προς την ένταση του ρεύματος
στο στάδιο της οξείδωσης (S=Iph/Io), ανέρχεται σε 106 και εξαρτάται από το λόγο
επιφάνειας/όγκο των δειγμάτων, τη μορφολογία τους, το πάχος τους και την κάλυψη
του υποστρώματος.
Από αυτή τη διατριβή συμπεραίνουμε ότι οι νανοδομές ZnO που εναποτέθηκαν από
υδατικά διαλύματα σε χαμηλές θερμοκρασίες δίνουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα
σχετικά με την ανίχνευση όζοντος σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
(EL)
This MSc. dissertation examines the deposition of zinc oxide nanostructures using
aqueous chemical growth technique to study their response to ozone atmosphere at
mild conditions.
The synthesis is a novel, low-cost and environmentally-friendly aqueous method,
which enables the generation of advanced metal oxide thin films, at large-scale
and moderate conditions. The study emphasizes on several deposition parameters
such as the time of growth, the kind of the substrates and the acidity of the solutions.
ZnO samples are studied regarding their structural and morphological characteristics,
while their response to ozone is examined through electrical measurements.
Depending on the deposition conditions, ZnO with hexagonal wurtzite structure is
obtained. The samples’ morphology varies from nanorods to flowerlike nanostructures
and nanotubes. Under ultraviolet irradiation and subsequent exposure to ozone
atmosphere, the samples show electrical current changes of three up to six orders of
magnitude.
The highest ozone response of the ZnO nanostructures, which is defined as the ratio of
the electrical current I in the photoreduction (Iph) and oxidation (Io) states (S= Iph/Io)
reaches 106, depending on their surface-to-volume ratio, surface morphology,
average thickness and substrate coverage.
It is concluded that ZnO nanostructured samples deposited by aqueous chemical
growth at low temperatures give promising results regarding room temperature ozone
sensing.
(EN)
