nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2025-4-209-213nuc-926Research ArticleСтатьиСИНТЕЗ НАНОКРИСТАЛЛОВ CuO МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ В ТРЕКОВЫХ СТРУКТУРАХSYNTHESIS OF CuO NANOCRYSTALS BY ELECTROCHEMICAL DEPOSITION IN TRACK STRUCTUREShttps://orcid.org/0000-0003-1211-8877АкылбековаА. Д.AkylbekovaA. D.

Астана

Astana

aiman88_88@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-7965-7989АхмедиТ. Д.AkhmediT. D.

Астана

Astana

https://orcid.org/0000-0001-7473-5315СарсеханГ. Г.SarsekhanG. G.

Астана

Astana

НАО «Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева»КазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstan20250812202504209213Copyright © Акылбекова А.Д., Ахмеди Т.Д., Сарсехан Г.Г., 20252025Акылбекова А.Д., Ахмеди Т.Д., Сарсехан Г.Г.Akylbekova A.D., Akhmedi T.D., Sarsekhan G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/926

В работе представлен эффективный метод синтеза массивов нанокристаллов оксида меди (CuO) в трековых диэлектрических структурах методом электрохимического осаждения (ЭХО) и проведено комплексное изучение их структурных, морфологических и оптических свойств. Электроосаждение реализовано в специально подобранном электролите в потенциостатическом режиме, что обеспечило воспроизводимое и селективное заполнение наноканалов трековой матрицы. В качестве шаблона использовалась пористая структура, сформированная путём ионного облучения диоксида кремния с последующим травлением.

Метод ЭХО отличается рядом преимуществ: простота технологического процесса, его низкая энергоёмкость, экологическая безопасность, отсутствие необходимости в высокотемпературном отжиге и дорогостоящем вакуумном оборудовании, а также возможность осаждения на подложки со сложной геометрией. Морфология поверхности и топография пор заполненных и незаполненных каналов проанализированы с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Фазовый состав и кристаллическая структура осаждённого материала исследованы методом рентгеновской дифракции (РД), подтвердив образование фазы CuO с моноклинной решёткой (пространственная группа C2/c).

Спектральные характеристики изучались методом фотолюминесцентной спектроскопии, в результате чего обнаружены характерные пики испускания в диапазоне 3,11–3,22 эВ, что соответствует фиолетовой области спектра. Эти пики обусловлены межзонными переходами и рекомбинацией носителей заряда через локализованные дефектные состояния в кристаллической структуре CuO. Отдельное внимание уделено влиянию геометрических параметров пор и условий осаждения на распределение и качество заполнения каналов.

Полученные результаты демонстрируют потенциал предлагаемого подхода для создания функциональных наноструктур CuO с заданными свойствами и геометрией. Разработанная методология может быть использована при создании сенсорных систем, элементов фотонной электроники, а также в технологии энергоэффективных устройств на основе оксидов переходных металлов.

This work presents an efficient method for synthesising arrays of copper oxide (CuO) nanocrystals in track-etched dielectric structures via electrochemical deposition (ECD) and provides a comprehensive study of their structural, morphological, and optical properties. Electrochemical deposition was performed in a carefully selected electrolyte under a potentiostatic regime, enabling reproducible and selective filling of the nanocanals within the track matrix. The template consisted of a porous silicon dioxide structure formed by ion irradiation followed by etching.

The ECD method is characterised by technological simplicity, low energy consumption, environmental safety, the absence of high-temperature annealing and expensive vacuum equipment requirements, and the possibility of deposition on substrates with complex geometries. The surface morphology and pore topography were analysed using scanning electron microscopy (SEM), while the phase composition and crystal structure of the deposited material were confirmed by X-ray diffraction (XRD), revealing the formation of a monoclinic CuO phase (space group C2/c).

Photoluminescence studies revealed emission peaks in the 3.11–3.22 eV range, corresponding to the violet region of the spectrum. These peaks are attributed to interband transitions and recombination of charge carriers via localised defect states in the CuO crystal structure. The influence of pore geometry and deposition conditions on the distribution and quality of channel filling was also highlighted.

The obtained results demonstrate the potential of the proposed approach for creating functional CuO nanostructures with tailored properties and geometry. The developed methodology can be applied in the fabrication of sensor systems, photonic electronic components, and energy-efficient devices based on transition metal oxides.

оксид медиэлектроосаждениенаноканалытрековая мембранафотолюминесценцияcopper oxideelectrochemical depositionnanoporestrack membranephotoluminescenceReferencesZhuang Z.J., Su X.D., Yuan H.Y., Sun Q., Xiao D., Choi M.M.F. Optical determination of copper oxide nanocrystals // Analyst. – 2008. – Vol. 133. – P. 126.Zhuang Z.J., Su X.D., Yuan H.Y., Sun Q., Xiao D., Choi M.M.F. Optical determination of copper oxide nanocrystals // Analyst. – 2008. – Vol. 133. – P. 126.Gao P., Chen Y.J., Lv H.J., Li X.F., Wang Y., Zhang Q. Study of CuO nanostructures for hydrogen energy applications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2009. – Vol. 34. – P. 3065–3071.Gao P., Chen Y.J., Lv H.J., Li X.F., Wang Y., Zhang Q. Study of CuO nanostructures for hydrogen energy applications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2009. – Vol. 34. – P. 3065–3071.Zhang X.J., Wang G.F., Liu X.W., Wu J.J., Li M., Gu J., Liu H., Fang B. Synthesis and characterization of CuO nanocrystals // Journal of Physical Chemistry C. – 2008. – Vol. 112. – P. 16845–16849.Zhang X.J., Wang G.F., Liu X.W., Wu J.J., Li M., Gu J., Liu H., Fang B. Synthesis and characterization of CuO nanocrystals // Journal of Physical Chemistry C. – 2008. – Vol. 112. – P. 16845–16849.Zou G.F., Li H., Zhang D.W., Xiong K., Dong C., Qian Y.T. CuO nanowires prepared by solution route // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110. – P. 1632–1636.Zou G.F., Li H., Zhang D.W., Xiong K., Dong C., Qian Y.T. CuO nanowires prepared by solution route // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110. – P. 1632–1636.Li Y., Kuai P.Y., Huo P.P., Liu C.J. Structural and optical properties of CuO nanocrystals // Materials Letters. – 2009. – Vol. 63. – P. 188–191.Li Y., Kuai P.Y., Huo P.P., Liu C.J. Structural and optical properties of CuO nanocrystals // Materials Letters. – 2009. – Vol. 63. – P. 188–191.Xu H.L., Wang W.Z., Zhu W. Synthesis and photocatalytic properties of CuO nanocrystals // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110. – P. 13829–13834.Xu H.L., Wang W.Z., Zhu W. Synthesis and photocatalytic properties of CuO nanocrystals // Journal of Physical Chemistry B. – 2006. – Vol. 110. – P. 13829–13834.Tang A.D., Xiao Y., Ouyang J., Nie S. Electrical and magnetic properties of CuO nanoparticles // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – Vol. 457. – P. 447–451.Tang A.D., Xiao Y., Ouyang J., Nie S. Electrical and magnetic properties of CuO nanoparticles // Journal of Alloys and Compounds. – 2008. – Vol. 457. – P. 447–451.Lu C., Qi L., Yang J., Zhang D., Wu N., Ma J. Controlled growth of CuO nanorods // Journal of Physical Chemistry B. – 2004. – Vol. 108. – P. 17825–17829.Lu C., Qi L., Yang J., Zhang D., Wu N., Ma J. Controlled growth of CuO nanorods // Journal of Physical Chemistry B. – 2004. – Vol. 108. – P. 17825–17829.Zhang W., Wen X., Yang S. Synthesis of uniform CuO nanostructures // Inorganic Chemistry. – 2003. – Vol. 42. – P. 5005–5008.Zhang W., Wen X., Yang S. Synthesis of uniform CuO nanostructures // Inorganic Chemistry. – 2003. – Vol. 42. – P. 5005–5008.Huang L., Yang S., Li T., Gu B., Du Y., Lu Y., Shi S. Growth mechanism of CuO crystals // Journal of Crystal Growth. – 2004. – Vol. 260. – P. 475–480.Huang L., Yang S., Li T., Gu B., Du Y., Lu Y., Shi S. Growth mechanism of CuO crystals // Journal of Crystal Growth. – 2004. – Vol. 260. – P. 475–480.Wang W., Zhan Y., Wang X., Liu Y., Zheng C., Wang G. CuO nanocrystals: preparation and application // Materials Research Bulletin. – 2002. – Vol. 37. – P. 1093–1098.Wang W., Zhan Y., Wang X., Liu Y., Zheng C., Wang G. CuO nanocrystals: preparation and application // Materials Research Bulletin. – 2002. – Vol. 37. – P. 1093–1098.Zhu R., Chen C., Hao L., Hu Y., Chen Z. Defect structure and magnetic properties of CuO nanocrystals // Solid State Communications. – 2004. – Vol. 130. – P. 681–684.Zhu R., Chen C., Hao L., Hu Y., Chen Z. Defect structure and magnetic properties of CuO nanocrystals // Solid State Communications. – 2004. – Vol. 130. – P. 681–684.Ningthoujam R.S., Gajbhiye N.S., Ahmed A., Umre S.S., Sharma S.J. Synthesis and PL of CuO nanoparticles // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2008. – Vol. 8. – P. 3059–3064.Ningthoujam R.S., Gajbhiye N.S., Ahmed A., Umre S.S., Sharma S.J. Synthesis and PL of CuO nanoparticles // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2008. – Vol. 8. – P. 3059–3064.Singh L.R., Ningthoujam R.S., Sudarsan V., Singh S.D., Kulshreshtha S.K. Photoluminescence of CuO nanocrystals // Journal of Luminescence. – 2008. – Vol. 128. – P. 1544–1550.Singh L.R., Ningthoujam R.S., Sudarsan V., Singh S.D., Kulshreshtha S.K. Photoluminescence of CuO nanocrystals // Journal of Luminescence. – 2008. – Vol. 128. – P. 1544–1550.Ningthoujam R.S., Sudarsan V., Kulshreshtha S.K. Optical behavior of CuO nanocrystals // Journal of Luminescence. – 2007. – Vol. 127. – P. 747–752.Ningthoujam R.S., Sudarsan V., Kulshreshtha S.K. Optical behavior of CuO nanocrystals // Journal of Luminescence. – 2007. – Vol. 127. – P. 747–752.Hu J.Q., Bando Y. Growth and optical properties of single-crystal tubular ZnO whiskers // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82. – P. 1401–1403.Hu J.Q., Bando Y. Growth and optical properties of single-crystal tubular ZnO whiskers // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82. – P. 1401–1403.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.