Mikrofalowa solwotermalna synteza nanocząstek tlenku cynku domieszkowanego kobaltem

• Autorzy: Wojnarowicz J. , Kuśnieruk S. , Chudoba T. , Mizeracki J. , Łojkowski W.

Warianty tytułu

EN

Microwave solvothermal synthesis of Co-doped ZnO nanoparticles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nanocząstki tlenku cynku domieszkowane kobaltem otrzymano przy użyciu mikrofalowej syntezy solwotermalnej. Prekursorami reakcji MSS były roztwory otrzymane przez zmieszanie octanu cynku oraz octanu kobaltu (II) w glikolu etylenowym. Otrzymano nanocząstki (NC) Zn_1-xCo_xO w zakresie zawartości domieszki Co²⁺ od 1 do 15% molowych. Określono następujące parametry NC: gęstość helową, powierzchnię właściwą (BET), czystość fazową, zawartość domieszki, średnią wielkość cząstek, rozkład wielkości cząstek, morfologię. Badanie metodą dyfrakcji rentgenowskiej nie wykazało obcych faz w otrzymanych próbkach. Otrzymane Zn_1-xCo_xO składają się z luźnych sferycznych cząstek o strukturze wurcytu i średniej wielkości 30 nm. Obrazy SEM nie wykazały wpływu wzrostu ilości domieszki w Zn_1-xCo_xO na zmiany morfologii NC.

EN

Co-doped zinc oxide nanoparticles were prepared by microwave solvothermal synthesis (MSS) technique. The nanoparticles were produced from a solution of zinc acetate and cobalt (II) acetate using ethylene glycol as a solvent. The content of Co²⁺ in Zn_1-xCo_xO was in range of 1–15% mol. The following material nanostructure properties were investigated: skeleton density, specific surface area (SSA), phase purity (XRD), lattice parameter, dopant content, average particle size, particle size distribution and morphology. X-ray diffraction of synthesized samples showed a single phase ZnO nanostructure without indication of alien phases. Obtained Zn_1-xCo_xO composed of loose spherical particles with wurtzite crystal structure and average particle size 30 nm. SEM images didn’t show impact of increase of dopant content on morphology of nanoparticles.

Słowa kluczowe

PL

nanotlenek cynku domieszkowany kobaltem; nanocząstki; solwotermalna synteza mikrofalowa (MSS); reaktor mikrofalowy

EN

nanozinc oxide doped with cobalt; nanoparticles; Microwave Solvothermal Synthesis (MSS); microwave reactor

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 66, nr 3
• Strony: 8--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojnarowicz J.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor

Kuśnieruk S.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor

Chudoba T.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor

Mizeracki J.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor

Łojkowski W.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

ilustrator

Wojnarowicz J.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor zdjęć

Mizeracki J.

• Instytut Wysokich Ciśnień PAN

autor zdjęć

Mukhovskyi R.

• doktorant, pracownik Laboratorium Nanostruktur IWC PAN

Bibliografia

• 1. Future Markets Inc. (2014), „The Global Market for Zinc Oxide Nanoparticles”, Region: Global, ID: 2822612.
• 2. Wang Z. L. (2004), „Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications, Journal of Physics: Condensed Matter, 16, s. 829-858, DOI: 10.1088/0953-8984/16/25/R01.
• 3. Zhang L., Jiang Y., Ding Y., Povey M., York D. (2007), „Investigation into the antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles (ZnO nanofluids)”, Journal of Nanoparticle Research, 9, s. 479-489, DOI: 10.1007/s11051-006-9150-1.
• 4. Huang Y., Lenaghan S. C., Xia L., Burris J. N., Stewart Jr C. N., Zhang M. (2013), „Characterization of physicochemical properties of ivy nanoparticles for cosmetic application”, Journal of Nanobiotechnology, 11:3, DOI:10.1186/1477-3155-11-3.
• 5. Kumar S. S., Venkateswarlu P., Rao V. R., Rao G. N. (2013), „Synthesis, characterization and optical properties of zinc oxide nanoparticles”, International Nano Letters, 3:30, DOI: 10.1186/2228-5326-3-30.
• 6. Morkoc H., Ozgur U. (2009), „Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology”, WILEY, ISBN: 978-3-527-40813-9.
• 7. Boutard T., Rousseau B., Couteau C., Tomasoni C., Simonnard C., Jacquot C., Coiffard L.J.M., Konstantinov K., Devers T., Roussakis C. (2013) „Comparison of photoprotection efficiency and antiproliferative activity of ZnO commercial sunscreens and CeO2”, Materials Letters, 108, s. 13-16, DOI: 10.1016/j.matlet.2013.06.085.
• 8. Ozgur U., Hofstetter D., Morkoc H. (2010), „ZnO Devices and Applications: A Review of Current Status and Future Prospects”, Proceedings of the IEEE, 98/7, s. 1255-1268, DOI: 10.1109/JPROC.2010.2044550.
• 9. Vidor F.F., Wirth G.I., Hilleringmann U. (2014) „Low temperature fabrication of a ZnO nanoparticle thin-film transistor suitable for flexible electronics”, Microelectronics Reliability, 54, s. 2760-2765, DOI: 10.1016/j.microrel.2014.07.147.
• 10. Raveau B., Seikh M. (2012) „Cobalt Oxides: From Crystal Chemistry to Physics, WILEY, ISBN: 978-3-527-33147-5.
• 11. Mizerski W. (2003), „Tablice Chemiczne”, Wydanie III, Adamantan, ISBN 83-7350-03106.
• 12. Glaspell G., Dutta P., Manivannan A. (2005), „A Room-Temperature and Microwave Synthesis of M-Doped ZnO (M=Co, Cr, Fe, Mn & Ni)”, Journal of Cluster Science, 16/4, s. 523-536, DOI: 10.1007/s10876-005-0024-y.
• 13. Ivill M., Pearton S. J., Rawa S., Leu L., Sadik P., Das R., Hebard A. F., Chisholm M., Budai J. D., Norton D. P. (2008) „Structure and magnetism of cobalt-doped ZnO thin films”, New Journal of Physics, 10, DOI: 10.1088/1367-2630/10/6/065002.
• 14. Ahmad T., Khatoon S., Coolahan K. (2013), „Optical, magnetic and structural characterization of Zn1−xCoxO nanoparticles synthesized by solvothermal method” Bulletin of Materials Science, 36, s. 997-1004.
• 15. de Godoy M.P.F., Mesquita A., Avansi W., Neves P.P., Chitta V.A., Ferraz W.B., Boselli M.A., Sabioni A.C.S., de Carvalho H.B. (2013), Evidence of defectmediated magnetic coupling on hydrogenated Co-doped ZnO, Journal of Alloys and Compounds, 555, s. 315–319, DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.11.105.
• 16. Djaja N., Montja D., Saleh R. (2013) „The Effect of Co Incorporation into ZnO Nanoparticles“, Advances in Materials Physics and Chemistry, 3/1, s. 33-41, DOI : 10.4236/ampc.2013.31006.
• 17. Łojkowski W., Gedanken A., Grzanka E., Opalińska A., Strachowski T., Pielaszek R., Tomaszewska-Grzeda A., Yatsunenko S., Godlewski M., Matysiak H., Kurzydłowski K. J. (2009), „Solvothermal synthesis of nanocrystalline zinc oxide doped with Mn2+, Ni2+, Co2+ and Cr3+ ions”, Journal of Nanoparticle Research, 11/8, s. 1991-2002, DOI: 10.1007/s11051-008-9559-9.
• 18. Kuryliszyn-Kudelska I., Hadzic B., Sibera D., Romcevic N., Romcevic M., Narkiewicz U., Łojkowski W., Arciszewska M., Dobrowolski W. (2013), „Magnetic properties of ZnO(Co) nanocrystals”, Journal of Alloys and Compounds, 561, s. 247-251, DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.178.
• 19. Kołodziejczak-Radzimska A., Jesionowski T. (2014), „Zinc Oxide—From Synthesis to Application: A Review”, Materials, 7, s. 2833-2881, DOI: 10.3390/ma7042833.
• 20. Łojkowski W., Leonelli C., Chudoba T., Wojnarowicz J., Majcher A., Mazurkiewicz A. (2014), „High-Energy-Low-Temperature Technologies for the Synthesis of Nanoparticles: Microwaves and High Pressure”, Inorganics, 2/4, s. 606-619, DOI :10.3390/inorganics2040606.
• 21. Wojnarowicz J., Chudoba T., Smoleń D., Łojkowski W., Majcher A., Mazurkiewicz A. (2014) „Przykłady otrzymywania nanocząstek z wykorzystaniem mikrofalowej solwotermalnej syntezy MSS”, Szkło i Ceramika, 65/6, s. 8-11.
• 22. Byrappa K., Adschiri T. (2007), „Hydrothermal technology for nanotechnology” Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 53, s. 117-166, DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2007.04.001.
• 23. Lai J., Niua W., Luque R., Xua G. (2015), „Solvothermal synthesis of metal nanocrystals and their applications”, Nano Today , 439, DOI: 10.1016/j.nantod.2015.03.001.
• 24. Kharisov B. I., Kharissova O. V. , Ortiz Méndez U. (2012), Microwave Hydrothermal and Solvothermal Processing of Materials and Compounds, The Development and Application of Microwave Heating, 5, s. 107-140, DOI: 10.5772/45626.
• 25. Djerdj I., Jagličić Z., Arčonde D., Niederbergerf M. (2010), „Co-Doped ZnO nanoparticles: Minireview” Nanoscale, 2, s. 1096-1104, DOI: 10.1039/C0NR00148A.
• 26. Pan F., Song C., Liu X.J., Yang Y.C., Zeng F. (2008), „Ferromagnetism and possible application in spintronics of transition-metal-doped ZnO films”, Materials Science and Engineering, 62/1, s. 1-35, DOI: 10.1016/j.mser.2008.04.002.
• 27. Mesaros A., Ghitulica C. D., Popa M., Mereu R., Popa A., Petrisor Jr. T., Gabor M., Cadis A. I., Vasile B. S. (2014), „Synthesis, structural and morphological characteristics, magnetic and optical properties of Co doped ZnO nanoparticles”, Ceramics International, 40, s. 2835-2846, DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.10.030.
• 28. Hammad T. M., Salem J. K., Harrison R. G. (2013), „Structure, optical properties and synthesis of Co-doped ZnO superstructures”, Applied Nanoscience, 3/2, s. 133-139, DOI: 10.1007/s13204-012-0077-9.
• 29. Hays J., Reddy K. M., Graces N. Y., Engelhard M. H., Shutthanandan V., Luo M., Xu C., Giles N C., Wang C., Thevuthasan S., Punnoose A. (2007),„Effect of Co doping on the structural, optical and magnetic properties of ZnO nanoparticles”, Journal of Physics: Condensed Matter, 19/26, DOI: 10.1088/0953-8984/19/26/266203.
• 30. Pielaszek R. (2004) „FW(1/5)/(4/5)M method for determination of the grain size distribution from powder diffraction line profile”, Journal of Alloys and Compounds, 382/1-2, s. 128-132. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.05.040.
• 31. Wejrzanowski T., Pielaszek R., Opalińska A., Matysiak H., Łojkowski W., Kurzydłowski K.J. (2006), „Quantitative methods for nanopowder characterization”, Applied Surface Science, 253, s. 204-208, DOI: 10.1016/j.apsusc.2006.05.089.
• 32. Xu X., Cao C. (2010), „Hydrothermal synthesis of Co-doped ZnO flakes with room temperature ferromagnetism”, Journal of Alloys and Compounds, 501, s. 265-268, DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.04.086.
• 33. Aplikacja webowa „Nanopowder XRD Processor Demo pre · α · ver.0.0.8, http://science24.com/xrd/, © Pielaszek Research, dostęp: 23.05.2015.
• 34. Serwer przeliczający dane „Method FW1/4/5M of full Grain Size Distribution Determination”, http://science24.com/fw145m/, © Pielaszek Research, dostęp: 23.05.2015.
• 35. Birnboim A., Gershon D., Calame J., Birman A., Carmel Y., Rodgers J., Levush B., Bykov Y. V., Eremeev A. G., Holoptsev V. V., Semenov V. E., Dadon D., Martin P. L., Rosen M., Hutcheon R. (1998), „Comparative Study of Microwave Sintering of Zinc Oxide at 2.45, 30, and 83 GHz”, Journal of the American Ceramic Society, 81/6, s. 1493–1501, DOI: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02508.x.