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Die Zinkoxid-Nanodrähte mit kontrollierbarer Größe wurden durch eine Kombination von Druckguss und Oxidation hergestellt.

Elektronische Geräte haben in den letzten zehn Jahren einen enormen Wandel von starren Systemen zu flexiblen Systemen durchlaufen und entwickeln sich derzeit zu versenkbaren Systemen. Aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften, ihrer hohen thermischen Stabilität und chemischen Robustheit, sind die Hauptwirkstoffe dieser Geräte meist eindimensionale anorganische Halbleiter in Form von einkristallinen Nanodrähten. Diese Nanodrähte weisen besondere physikalische und chemische Eigenschaften auf, wodurch sie viele Anwendungen haben, wie z. B. biologische und chemische Sensoren, flexible Schaltkreise, einschließlich Terahertz-Detektoren, künstliche elektronische Hautsensoren, flexible Displays und optoelektronische Geräte.

Die Zinkoxid-Nanodrähte mit kontrollierbarer Größe wurden durch eine Kombination von Druckguss und Oxidation hergestellt.

Tatsächlich wird die Anwendung von Nanodrähten mehreren kostengünstigen und massenproduzierten Synthesetechniken zugeschrieben. Das Hauptproblem der Nanodrahtsynthese ist die Strukturkontrolle, die einige grundlegende Herausforderungen mit sich bringt, da die mechanische Flexibilität, die optische Transmission, die elektrischen und elektronischen Eigenschaften von Nanodrähten alle vom Streck-zu-Breiten-Verhältnis (AR) des Nanodrahts und von Oberfläche zu Volumen abhängen Verhältnis .

Hier demonstrierten die Forscher eine einfache Methode zur Herstellung eindimensionaler ZnO-Nanodrähte (NWs) mit Hilfe eines anodischen Aluminiumoxid-(AAO)-Templats im Vakuum-Druckgussverfahren. Dieses Gießverfahren ermöglicht das gleichmäßige Einbetten von geschmolzenem Zn auf dem AAO-Nanofilm bei einem hohen Druck und einer Temperatur von 500°C. Der signifikante Einfluss von Oxidationszeit und Oxidationstemperatur förderte das Wachstum von Zinkoxid-Nanodrähten in AAO-Nanokanälen. Der Oxidationsprozess im Nanokanal wird hauptsächlich durch die Eindiffusion von Sauerstoffatomen gesteuert. Zinkoxid wächst vertikal entlang der Oberfläche und gehorcht dem parabolischen Gesetz.

TEM- und XRD-Ergebnisse zeigen, dass ZnO eine entlang der c-Achse abweichende Wurtzit-Kristallstruktur aufweist. Durch mikroskopische und spektroskopische Analysen wurde der Zusammenhang zwischen der Geometrie von Zinkoxid und der Funktion der Oxidationsparameter nachgewiesen. Die durch chemisches Ätzen erhaltenen ZnO-NWs-Kristalle haben ein hohes, gleichförmiges, hohes Aspektverhältnis und stehen im Zusammenhang mit der Porengröße von AAO.

Darüber hinaus wurden die elektrischen Eigenschaften der präparierten ZnO-NWs in einem Vier-Elektroden-System unter Verwendung eines einzelnen von FIB hergestellten Nanodrahts gemessen. Die resultierende Strom-Spannungs-Kennlinie weist aufgrund des raumladungsbegrenzenden Stromeffekts eine Hystereseschleife auf, was ihr Potenzial in praktischen elektronischen Anwendungen bestätigt.

In dieser Arbeit wurde die Herstellung von kristallinen ZnO-NWs durch das AAO-Templat-unterstützte Vakuum-Druckgussverfahren systematisch untersucht. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von NWs wurden durch Elektronenmikroskop und Spektralanalyse verifiziert. Durch Optimierung der Parameter wurde die elektrische Leistung der im Vier-Elektroden-System hergestellten Einkristall-ZnO-NW-Vorrichtung bewertet.

Plan 1. Das spezifische Schema zur Herstellung von ZnO-NWs unter Verwendung des AAO-Templat-unterstützten Vakuum-Druckgussverfahrens wird vorgestellt.

Szenario 2. Der Oxidationsmechanismus von Zink/AAO-Templaten.

Der Raumladungs-begrenzte Strom (SCLC)-Effekt ist in NW-Halbleitermaterialien weit verbreitet und der Hauptgrund ist Ladungseinfang; (i) im Material vorhandene Defekte und (ii) Adsorptionsmittel auf der Oberfläche. Im Allgemeinen wird, wenn die Größe eines Halbleitermaterials verringert wird, aufgrund schwächerer Defekte des Materials auch die eingefangene Ladungsmenge verringert.

Darüber hinaus spiegelt sich der Haupteinfluss des SCLC-Effekts in NWs im Absorptionsmittel auf ihrer Oberfläche wider. Während des chemischen Adsorptionsprozesses wird Sauerstoff an der Oberfläche von ZnO NW adsorbiert und bildet eine Verarmungsschicht, die freie Elektronen einfängt, was die Leitfähigkeit von NW stark beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Länge der NWs der durch das Einfangen von Ladungen verursachte Strom abnimmt. Durch Einstellen der Länge von ZnO-NWs kann die Leitfähigkeit von Nanogeräten optimiert werden.

ZnO-NWs 1D-Kristalle wurden durch das anodische Aluminiumoxid (AAO)-Templat-unterstützte Vakuum hergestellt Druckguss Methode. Wenn die Gießtemperatur 500 °C beträgt, kann die Funktionalisierung dazu führen, dass sich Zn gleichmäßig auf dem AAO-Templat ansammelt. Durch Optimierung von Oxidationsparametern wie Oxidationstemperatur und -zeit können Forscher das Wachstum von Zinkoxid-NWs in AAO-Nanokanälen präzise steuern.

Aus dem Auflösungsprozess wurden hochreine und einheitliche ZnO-NWs erhalten, deren physikalische und chemische Eigenschaften durch TEM, FE-REM, Röntgenbeugung und Raman-Spektroskopie bestimmt wurden. Darüber hinaus wurde die Beziehung zwischen der Länge der ZnO-NWs und dem elektrischen Verhalten durch den raumladungsbegrenzenden Stromeffekt bestimmt.

Im Allgemeinen weisen durch Vakuumdruckguss hergestellte Zinkoxid-Nanodrähte (ZnO-NWs) eine hohe Reinheit und Gleichmäßigkeit auf und können für potenzielle elektronische Anwendungen verwendet werden.

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