СИНТЕЗ НАНОКРИСТАЛЛОВ CuO МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ В ТРЕКОВЫХ СТРУКТУРАХ

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Zhang W., Wen X., Yang S. Synthesis of uniform CuO nanostructures // Inorganic Chemistry. – 2003. – Vol. 42. – P. 5005–5008.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Ningthoujam R.S., Sudarsan V., Kulshreshtha S.K. Optical behavior of CuO nanocrystals // Journal of Luminescence. – 2007. – Vol. 127. – P. 747–752.

16. Hu J.Q., Bando Y. Growth and optical properties of single-crystal tubular ZnO whiskers // Applied Physics Letters. – 2003. – Vol. 82. – P. 1401–1403.